申请/专利权人：山东交通学院

申请日：2019-04-22

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN109952857B

主分类号：A01D34/66

分类号：A01D34/66;A01D34/00;A01D34/73;A01D34/74;A01D34/82;G01C21/16;H04N7/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2019.07.26#实质审查的生效;2019.07.02#公开

摘要：本发明的能自动完成割草作业的果园割草机，包括车架、主刀盘、驾驶操纵装置、北斗定位天线、北斗惯导组合导航模块和自动作业控制装置，特征在于：车架的前端设置有两个变幅刀盘，车架的前端设置有激光扫描仪和视频监控装置；经激光扫描仪对前方障碍物进行检测和识别。本发明的割草方法，包括：a.路径学习；b.路径规划；c.自动割草作业。本发明的果园割草机，可根据行距自适应调整割草宽度，当定位不准确时，则利用激光扫描仪获进行导航，解决了单纯采用北斗定位所导致的行驶路径偏差较大的问题，实现了割草机的自动割草作业，节省了人力物力，能有效避免刀盘触及地面所导致的安全事故的发生，有益效果显著，适于应用推广。

主权项：1.一种能自动完成割草作业的果园割草机的自动割草方法，果园割草机包括车架1、主刀盘2、驾驶操纵装置4、发动机及液压动力装置5、北斗定位天线6、北斗惯导组合导航模块7、通信模块8和自动作业控制装置9，主刀盘固定于车架的下方，用于对车架宽度范围内的杂草进行刈割；发动机及液压动力装置为割草机的行走提供动力以及产生液压动力，驾驶操纵装置控制割草机的油门、刹车和转向；所述车架1的前端设置有两个变幅刀盘3，两变幅刀盘经摆动臂16分别铰接于车架前端的两侧，车架上固定有分别驱使两摆动臂转动的两液压缸17；主刀盘的上方设置有驱使其割杂草的主刀盘液压马达13，车架的前端设置有变幅刀盘液压马达14，变幅刀盘液压马达经动力传送机构15驱使两变幅刀盘割杂草；所述车架的前端设置有激光扫描仪10和视频监控装置11；所述北斗定位天线、北斗惯导组合导航模块、通信模块、激光扫描仪和视频监控装置均与自动作业控制装置通信连接，自动作业控制装置经北斗定位天线获取割草机的位置信息，经北斗惯导组合导航模块获取惯性导航数据，经通信模块与遥控装置相通信，经激光扫描仪对前方障碍物进行检测和识别，经视频监控装置采集割草机前方的视频数据，自动作业控制装置根据获取的位置信息、惯性导航数据和障碍物信息实现割草机的自动驾驶和割草；其特征在于，能自动完成割草作业的果园割草机的自动割草方法，通过以下步骤来实现：a.路径学习，人工驾驶割草机沿果园的行车路径行驶，在行驶过程中对转弯位置、降刀盘位置、升刀盘位置以及需要避开的障碍物位置进行标记，记录行驶路径和标记点的导航定位信息；b.路径规划，按行车路径对标记点进行信息处理，在行程路径中加入标记点和割草机动作以形成参数化路径，并将参数化路径存储至自动作业控制装置中；c.自动割草作业，自动作业控制装置控制割草机沿规划路径行驶以完成割草作业，在自动行驶割草过程中：正常情况下，将获取的北斗定位信息和差分定位数据作为割草机的定位数据，控制割草机沿规划路径行驶；割草机的定位方法为：首先将天线的定位信息实时转变为天线在地面上的投影点坐标位置用于轨迹控制，采用基于四元数法和卡尔曼滤波将北斗惯导组合导航模块的加速度和角速度信号解算为车体的横倾角φ和纵倾角θ，设北斗定位天线的高度为h，北斗定位天线在高斯投影后的坐标为：x,y，则修正后的坐标为：x-hsinφ,y-hsinθ；当车体晃动而引起定位天线大幅度晃动，导致起定位失锁时，则切换为激光扫描仪导航，激光扫描仪通过识别两侧的树干，以使割草机行驶在两行果树的中间位置行驶，具体通过以下步骤来实现：c-1.获取障碍物的距离，激光扫描仪在水平面内扫描障碍物，设其测得某障碍物的距离为[Ls,Le]、角度为[θs,θe]，Ls、Le分别为障碍物距离激光扫描仪距离的最大距离和最小距离，θs、θe分别为障碍物最大距离处和最小距离处与激光扫描仪连线与车体横向方向的夹角；c-2.判断障碍物是否为干扰物，判断|θs,θe|≤θd1或|θs,θe|≥θd2是否成立，如果不成立，则执行步骤c-3；如果成立，则所检测到的是干扰物，不是树干，θd1、θd2为事先定义的临界角，其与树干的直径有关，θd1＞θd2；c-3.判断是否为树干，如果θd1＜|θs,θe|＜θd2，再进一步通过被测物体与传感器的横向距离进行二次确认；被测物体与激光扫描仪的横向距离dv通过公式1进行求取：dv＝Ls*cosθs1如果获取的被测物体与激光扫描仪的横向距离dv小于或等于车架宽度的12，被测物体判定为割草机前进中的障碍物，此时停车避让，并请求人工干预；对于横向距离dv大于车架宽度的12的被测物体判定为树干；被测物体与激光扫描仪的纵向距离dh通过公式2进行求取：dh＝Le*cosθe2在不存在障碍物的情况下，利用测量范围内两侧的横向距离dv可分别拟合出两行树干的直线方程，进而可计算激光扫描仪与两行树干之间的距离，控制割草机沿两行树干的中心线行驶；c-4.割草宽度控制，如果步骤c-3中求取的dv值超过变幅刀盘的正常覆盖范围，则控制变幅伸缩杆以最大作业宽度实施割草作业；如果dv在变幅刀盘的工作范围内，则根据dh值控制变幅伸缩杆，使变幅刀盘避开树干。

全文数据：一种能自动完成割草作业的果园割草机及方法技术领域本发明涉及一种果园割草机及方法，更具体的说，尤其涉及一种能自动完成割草作业的果园割草机及方法。背景技术果园在我国农业生产中占有非常重要的地位。种植果树不仅可以增加经济收入，还可以增加绿色覆盖面积、调节气候，具备良好的经济效益和社会效益。而伴随着果树的种植，果树下不可避免的会生长着各种各样的草。在传统农业中普遍认为杂草会与果树争抢营养与水分，妨碍果树生长。但研究表明，果园的生草覆盖可以改善果园的生态条件，提高土壤有机质含量和理化性状，具有蓄水保湿、培肥地力以及调节微生态系统的功能。因此，在现代高效果园农业中更倾向于通过割草机定期打草，并将割下的草覆盖在树下或行间，从而保护果园土壤。为合理生草，通常留茬5～8cm。目前，用于割草作业的机具种类较多，常见的机力割草机有背负式、手推式、乘坐式和悬挂式等，因每年进行多次割草，用工量较多，劳动强度较大，且割草作业时割刀以及带起的石块容易对人体造成伤害。本发明设计的能自动完成割草作业的割草机，可以为果园生成降低劳动风险和成本，提高作业效率。发明内容本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种能自动完成割草作业的果园割草机及方法。本发明的能自动完成割草作业的果园割草机，包括车架、主刀盘、驾驶操纵装置、发动机及液压动力装置、北斗定位天线、北斗惯导组合导航模块、通信模块和自动作业控制装置，主刀盘固定于车架的下方，用于对车架宽度范围内的杂草进行刈割；发动机及液压动力装置为割草机的行走提供动力以及产生液压动力，驾驶操纵装置控制割草机的油门、刹车和转向；其特征在于：所述车架的前端设置有两个变幅刀盘，两变幅刀盘经摆动臂分别铰接于车架前端的两侧，车架上固定有分别驱使两摆动臂转动的两液压缸；主刀盘的上方设置有驱使其割杂草的主刀盘液压马达，车架的前端设置有变幅刀盘液压马达，变幅刀盘液压马达经动力传送机构驱使两变幅刀盘割杂草；所述车架的前端设置有激光扫描仪和视频监控装置；所述北斗定位天线、北斗惯导组合导航模块、通信模块、激光扫描仪和视频监控装置均与自动作业控制装置通信连接，自动作业控制装置经北斗定位天线获取割草机的位置信息，经北斗惯导组合导航模块获取惯性导航数据，经通信模块与遥控装置相通信，经激光扫描仪对前方障碍物进行检测和识别，经视频监控装置采集割草机前方的视频数据，自动作业控制装置根据获取的位置信息、惯性导航数据和障碍物信息实现割草机的自动驾驶和割草。本发明的能自动完成割草作业的果园割草机，所述主刀盘和变幅刀盘均由上支板、下支板、主动轴、从动轴、弹簧和割刀组成，上支板、下支板均水平设置，上支板与下支板经连杆相连接，下支板可相对于上支板上下移动；主动轴经上轴承固定于上支板上，从动轴经下轴承固定于下支板上，主动轴与从动轴经滚珠花键相连接，弹簧位于上支板与下支板之间并套在主动轴和从动轴的外围；所述割刀固定于从动轴的下端，下支板上固定有对杂草的留茬高度进行控制的U形高度限位板，U形高度限位板的两侧经高度调节螺丝固定于下支板上，U形高度限位板的两侧开设有多个与高度调节螺丝相配合的螺丝孔。本发明的能自动完成割草作业的果园割草机，所述动力传送机构由主动轮、从动轮和皮带组成，主动轮固定于变幅刀盘液压马达的输出轴上，从动轮转动设置于摆动臂上，主动轮与从动轮经皮带传动连接，从动轮与变幅刀盘上的传动轮传动连接。本发明的能自动完成割草作业的果园割草机，所述车架的四个角上均设置有车轮，所述车架上设置有机罩。本发明的能自动完成割草作业的果园割草机的割草方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：a.路径学习，人工驾驶割草机沿果园的行车路径行驶，在行驶过程中对转弯位置、降刀盘位置、升刀盘位置以及需要避开的障碍物位置进行标记，记录行驶路径和标记点的导航定位信息；b.路径规划，按行车路径对标记点进行信息处理，在行程路径中加入标记点和割草机动作以形成参数化路径，并将参数化路径存储至自动作业控制装置中；c.自动割草作业，自动作业控制装置控制割草机沿规划路径行驶以完成割草作业，在自动行驶割草过程中：正常情况下，将获取的北斗定位信息和差分定位数据作为割草机的定位数据，控制割草机沿规划路径行驶；割草机的定位方法为：首先将天线的定位信息实时转变为天线在地面上的投影点坐标位置用于轨迹控制，采用基于四元数法和卡尔曼滤波将北斗惯导组合导航模块模块的加速度和角速度信号解算为车体的横倾角φ和纵倾角θ，设北斗定位天线的高度为h，北斗定位天线在高斯投影后的坐标为：x，y，则修正后的坐标为：x-hsinφ，y-hsinθ；当车体晃动而引起定位天线大幅度晃动，导致起定位失锁时，则切换为激光扫描仪导航，激光扫描仪通过识别两侧的树干，以使割草机行驶在两行果树的中间位置行驶，具体通过以下步骤来实现：c-1.获取障碍物的距离，激光扫描仪在水平面内扫描障碍物，设其测得某障碍物的距离为[Ls，Le]、角度为[θs，θe]，Ls、Le分别为障碍物距离激光扫描仪距离的最大距离和最小距离，θs、θe分别为障碍物最大距离处和最小距离处与激光扫描仪连线与车体横向方向的夹角；c-2.判断障碍物是否为干扰物，判断|θs，θe|≤θd1或|θs，θe|≥θd2是否成立，如果不成立，则执行步骤c-3；如果成立，则所检测到的是干扰物，不是树干，θd1、θd2为事先定义的临界角，其与树干的直径有关，θd1＞θd2；c-3.判断是否为树干，如果θd1＜|θs，θe|＜θd2，再进一步通过被测物体与传感器的横向距离进行二次确认；被测物体与激光扫描仪的横向距离dv通过公式1进行求取：dv＝Ls*cosθs1如果获取的被测物体与激光扫描仪的横向距离dv小于或等于车架宽度的12，被测物体判定为割草机前进中的障碍物，此时停车避让，并请求人工干预；对于横向距离dv大于车架宽度的12的被测物体判定为树干；被测物体与激光扫描仪的纵向距离dh通过公式2进行求取：dh＝Le*cosθe2在不存在障碍物的情况下，利用测量范围内两侧的横向距离dv可分别拟合出两行树干的直线方程，进而可计算激光扫描仪与两行树干之间的距离，控制割草机沿两行树干的中心线行驶；c-4.割草宽度控制，如果步骤c-3中求取的dv值超过变幅刀盘的正常覆盖范围，则控制变幅伸缩杆以最大作业宽度实施割草作业；如果dv在变幅刀盘的工作范围内，则根据dh值控制变幅伸缩杆，使变幅刀盘避开树干。本发明的有益效果是：本发明的果园割草机，通过在车架的底部设置主刀盘，在车架前端的两侧设置变幅刀盘，使得割草机可根据果树的行距自适应调整割草宽度，最大限度地对行间、果树下的杂草进行刈割；通过在割草机上设置北斗定位天线、北斗惯导组合导航模块、通信模块、激光扫描仪和自动作业控制装置，利用获取的北斗定位数据和惯导数据，可实现割草机的定位和路径规划，通过激光扫描仪可对障碍物和树干进行自动识别，当割草机晃动而导致定位不准确时，则利用激光扫描仪获取的树干位置对割草机进行导航，解决了单纯采用北斗定位所导致的行驶路径偏差较大的问题，实现了割草机的自动割草作业，节省了人力物力，能有效避免刀盘触及地面，避免刀盘损坏、溅起飞石等事故发生，有益效果显著，适于应用推广。进一步地，通过设置由上支板、下支板、主动轴、从动轴、连杆、弹簧、割刀和U形高度限位板组成的主刀盘和变幅刀盘，液压马达经传动机构驱使主动轴和从动轴转动，进而带动割刀完成割草作业，通过调节U形高度限位板距离割刀的距离，可对杂草的留茬高度进行控制，使得留茬的杂草改善果园的生态条件，提高土壤肥力。附图说明图1为本发明的能自动完成割草作业的果园割草机的结构示意图；图2为本发明中主刀盘和变幅刀盘的工作原理示意图；图3为本发明中主刀盘和变幅刀盘的结构示意图；图4为本发明的果园割草机的定位信息处理流程；图5为本发明中激光扫描仪对障碍物的检测原理图；图6为本发明的果园割草机的自动作业控制原理图。图中：1车架，2主刀盘，3变幅刀盘，4驾驶操纵装置，5发动机及液压动力装置，6北斗定位天线，7北斗惯导组合导航模块，8通信模块，9自动作业控制装置，10激光扫描仪，11视频监控装置，12车轮，13主刀盘液压马达，14变幅刀盘液压马达，15动力传送机构，16摆动臂，17液压缸，18主动轮，19从动轮，20传动轮，21皮带，22上支板，23下支板，24主动轴，25从动轴，26连杆，27弹簧，28割刀，29U形高度限位板，30高度调节螺丝，31上轴承，32下轴承，33机罩。具体实施方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。如图1所示，给出了本发明的能自动完成割草作业的果园割草机的结构示意图，其由车架1、主刀盘2、变幅刀盘3、驾驶操纵装置4、发动机及液压动力装置5、北斗定位天线6、北斗惯导组合导航模块7、通信模块8、自动作业控制装置9、激光扫描仪10和视频监控装置11组成，车架1起固定和支撑作用，主刀盘2设置于车架1的底部，用于对车架1宽度范围内的杂草进行刈割；主刀盘2经固定于车架1下方的主刀盘液压马达13进行驱动。车架1前端的两侧均设置有变幅刀盘3，变幅刀盘3可向车架1的两侧转动，以适应对不同行距的果园进行除草作业。车架1的前端固定有变幅刀盘液压马达14，变幅刀盘液压马达14经动力传送机构15驱使两变幅动盘3进行工作。所示自动作业控制装置9控制割草机按规划路径行驶和割草，其与北斗定位天线6、北斗惯导组合导航模块7、激光扫描仪10、视频监控装置11和通信模块8均通信连接，自动作业控制装置9经北斗定位天线6和北斗惯导组合导航模块7获取割草机的北斗定位信息和惯性导航数据，以实现对割草机的定位和导航，经激光扫描仪10获取前方障碍物的信息，并根据检测的障碍物判断树干位置，以对割草机的行驶路径和割草宽度进行控制。自动作业控制装置9经视频监控装置11采集割草机前方的图像信息，经通信模块8与遥控装置相通信，以便接收遥控装置规划的路径信息，以及将车辆当前的位置信息、割草状态和所采集的视频信息发送至遥控装置，便于操控人员远程监测割草机的工作状态。如图2所示，给出了本发明中主刀盘和变幅刀盘的工作原理示意图，所示的主刀盘2在主刀盘液压马达13的驱动下，可实现对车架1宽度范围内杂草的刈割。所示两变幅刀盘3经不同的摆动臂16铰接于车架1的前端，车架1的前端固定有两液压缸17，两液压缸17分别驱使摆动臂16进行转动，以调节两变幅刀盘3的割草宽度。变幅刀盘液压马达14的输出轴上固定有主动轮18，摆动臂16的后端固定有从动轮19，主动轮18经皮带与从动轮19传动连接，从动轮19经皮带与变幅刀盘3上的传动轮20传动连接，这样，在变幅刀盘液压马达14的带动作用下，可驱使两侧的变幅刀盘3进行割草作业。如图3所示，给出了本发明中主刀盘和变幅刀盘的结构示意图，其由上支板22、下支板23、主动轴24、从动轴25、连杆26、弹簧27、割刀28、U形高度限位板29构成，上支板22与下支板23均水平设置，其经2个或4个连杆26相连接，其连接的方式为：连杆26穿过下支板23和上支板22上的通孔后的两端经螺母固定，以使下支板23可相对于上支板22上下移动。对于主刀盘2来说，其上支板22固定于车架上，对于变幅刀盘3来说，其上支板22固定于摆动臂16上。主动轴24经上轴承31设置于上支板22上，从动轴25经下轴承32设置于下支板23上，主动轴24与从动轴25竖向、同轴设置，主动轴24与从动轴25经滚珠花键相连接，以保证从动轴25相对于主动轴24发生一定的位移后，仍旧能够传递动力。弹簧27位于主动轴24和从动轴25的外围，并位于上支板22与下支板23之间，弹簧27实现对下支板23向下的支撑作用。传动轮20固定于主动轴24的上端，割刀28固定于从动轴25的下端，这样，在变幅刀盘液压马达14的驱动作用下，可驱使割刀28跟随主动轴24和从动轴25同步转动，以实现对杂草的刈割。U形高度限位板29的两侧经高度调节螺丝30固定于下支板23上，其下表面与地面相接触，这样，U形高度限位板29与割刀28之间的距离即为杂草的留茬高度。U形高度限位板29的两侧设置有多个高度不同的螺丝孔，螺丝30通过与不同的螺丝孔相配合，以实现对杂草留茬高度的调节。如图4所示，给出了本发明的果园割草机的定位信息处理流程，将北斗定位信息、惯性导航数据、激光扫描仪的输出数据进行融合，得到高精度的定位信息，正常情况下，将北斗定位信息和差分定位数据融合的差分定位方法可以为系统提供高精度的全局定位信息，并用于割草机导航控制，但是，该方法提供的定位基准为北斗定位天线所处位置，当割草机在田间工作时受地面不平、高空遮挡等原因，会造成定位失锁，造成定位不准。此时，系统自动切换为依靠激光扫描仪和惯性导航模块导航。本发明的能自动完成割草作业的果园割草机的自动割草方法，通过以下步骤来实现：a.路径学习，人工驾驶割草机沿果园的行车路径行驶，在行驶过程中对转弯位置、降刀盘位置、升刀盘位置以及需要避开的障碍物位置进行标记，记录行驶路径和标记点的导航定位信息；b.路径规划，按行车路径对标记点进行信息处理，在行程路径中加入标记点和割草机动作以形成参数化路径，并将参数化路径存储至自动作业控制装置中；c.自动割草作业，自动作业控制装置控制割草机沿规划路径行驶以完成割草作业，在自动行驶割草过程中：正常情况下，将获取的北斗定位信息和差分定位数据作为割草机的定位数据，控制割草机沿规划路径行驶；割草机的定位方法为：首先将天线的定位信息实时转变为天线在地面上的投影点坐标位置用于轨迹控制，采用基于四元数法和卡尔曼滤波将北斗惯导组合导航模块模块的加速度和角速度信号解算为车体的横倾角φ和纵倾角θ，设北斗定位天线的高度为h，北斗定位天线在高斯投影后的坐标为：x，y，则修正后的坐标为：x-hsinφ，y-hsinθ；当车体晃动而引起定位天线大幅度晃动，导致起定位失锁时，则切换为激光扫描仪导航，激光扫描仪通过识别两侧的树干，以使割草机行驶在两行果树的中间位置行驶，具体通过以下步骤来实现：c-1.获取障碍物的距离，激光扫描仪在水平面内扫描障碍物，设其测得某障碍物的距离为[Ls，Le]、角度为[θs，θe]，Ls、Le分别为障碍物距离激光扫描仪距离的最大距离和最小距离，θs、θe分别为障碍物最大距离处和最小距离处与激光扫描仪连线与车体横向方向的夹角；如图5所示，给出了本发明中激光扫描仪对障碍物的检测原理图，可见，激光扫描仪能够扫描周围270°范围内存在遮挡的物体距离，其只给出了障碍物距离激光扫描仪距离的最大距Ls的示意图。c-2.判断障碍物是否为干扰物，判断|θs，θe|≤θd1或|θs，θe|≥θd2是否成立，如果不成立，则执行步骤c-3；如果成立，则所检测到的是干扰物，不是树干，θd1、θd2为事先定义的临界角，其与树干的直径有关，θd1＞θd2；c-3.判断是否为树干，如果θd1＜|θs，θe|＜θd2，再进一步通过被测物体与传感器的横向距离进行二次确认；被测物体与激光扫描仪的横向距离dv通过公式1进行求取：dv＝Ls*cosθs1如果获取的被测物体与激光扫描仪的横向距离dv小于或等于车架宽度的12，被测物体判定为割草机前进中的障碍物，此时停车避让，并请求人工干预；对于横向距离dv大于车架宽度的12的被测物体判定为树干；被测物体与激光扫描仪的纵向距离dh通过公式2进行求取：dh＝Le*cosθe2在不存在障碍物的情况下，利用测量范围内两侧的横向距离dv可分别拟合出两行树干的直线方程，进而可计算激光扫描仪与两行树干之间的距离，控制割草机沿两行树干的中心线行驶；c-4.割草宽度控制，如果步骤c-3中求取的dv值超过变幅刀盘的正常覆盖范围，则控制变幅伸缩杆以最大作业宽度实施割草作业；如果dv在变幅刀盘的工作范围内，则根据dh值控制变幅伸缩杆，使变幅刀盘避开树干。如图6所示，给出了本发明的果园割草机的自动作业控制原理图，自动作业分为三个子控制系统，分别是割草宽度控制、行驶速度控制和路径跟踪控制，割草宽度通过液压缸驱使摆动臂转动来实现。速度控制和路径跟踪控制是在自主作业控制装置内完成，其中速度控制采用简单的PI控制即可达到控制目标，而路径跟踪控制由于定位误差、外部干扰、控制精度等原因，使用自抗扰控制器实现。根据规划的参数化路径方程，计算割草车定位信息与参数化路径方程的偏差，也就是割草车偏离规划路径的位移。按照自抗扰控制算法的原理，操纵转向机到指定位置，从而将割草车控制到规划路径上。本发明的能自动完成割草作业的果园割草机及方法具有以下优点：1利用液压动力设计了无极变速运载底盘，充分利用北斗定位的全局导航和激光局部定位的组合定位导航技术与自动驾驶技术，自动完成作业。2通过激光测距技术，自动识别树干，控制变幅刀盘主动避开树干，即可有效清除株间杂草，又可避免损伤树皮，保护果树。3刀盘高度自适应装置，能有效避免刀盘触及地面，避免刀盘损坏、溅起飞石等事故发生。4通过两个变幅刀盘可调整单次作业的宽度，可一次型割除行间生草，提高作业效率，节省能源和劳动成本。

权利要求：1.一种能自动完成割草作业的果园割草机，包括车架1、主刀盘2、驾驶操纵装置4、发动机及液压动力装置5、北斗定位天线6、北斗惯导组合导航模块7、通信模块8和自动作业控制装置9，主刀盘固定于车架的下方，用于对车架宽度范围内的杂草进行刈割；发动机及液压动力装置为割草机的行走提供动力以及产生液压动力，驾驶操纵装置控制割草机的油门、刹车和转向；其特征在于：所述车架1的前端设置有两个变幅刀盘3，两变幅刀盘经摆动臂16分别铰接于车架前端的两侧，车架上固定有分别驱使两摆动臂转动的两液压缸17；主刀盘的上方设置有驱使其割杂草的主刀盘液压马达13，车架的前端设置有变幅刀盘液压马达14，变幅刀盘液压马达经动力传送机构15驱使两变幅刀盘割杂草；所述车架的前端设置有激光扫描仪10和视频监控装置11；所述北斗定位天线、北斗惯导组合导航模块、通信模块、激光扫描仪和视频监控装置均与自动作业控制装置通信连接，自动作业控制装置经北斗定位天线获取割草机的位置信息，经北斗惯导组合导航模块获取惯性导航数据，经通信模块与遥控装置相通信，经激光扫描仪对前方障碍物进行检测和识别，经视频监控装置采集割草机前方的视频数据，自动作业控制装置根据获取的位置信息、惯性导航数据和障碍物信息实现割草机的自动驾驶和割草。2.根据权利要求1所述的能自动完成割草作业的果园割草机，其特征在于：所述主刀盘2和变幅刀盘3均由上支板22、下支板23、主动轴24、从动轴25、弹簧27和割刀28组成，上支板、下支板均水平设置，上支板与下支板经连杆相连接，下支板可相对于上支板上下移动；主动轴经上轴承31固定于上支板上，从动轴经下轴承32固定于下支板上，主动轴与从动轴经滚珠花键相连接，弹簧位于上支板与下支板之间并套在主动轴和从动轴的外围；所述割刀固定于从动轴的下端，下支板上固定有对杂草的留茬高度进行控制的U形高度限位板29，U形高度限位板29的两侧经高度调节螺丝30固定于下支板上，U形高度限位板的两侧开设有多个与高度调节螺丝相配合的螺丝孔。3.根据权利要求2所述的能自动完成割草作业的果园割草机，其特征在于：所述动力传送机构15由主动轮18、从动轮19和皮带21组成，主动轮固定于变幅刀盘液压马达14的输出轴上，从动轮转动设置于摆动臂16上，主动轮与从动轮经皮带传动连接，从动轮与变幅刀盘3上的传动轮20传动连接。4.根据权利要求1或2所述的能自动完成割草作业的果园割草机，其特征在于：所述车架1的四个角上均设置有车轮12，所述车架1上设置有机罩33。5.一种基于权利要求1所述的能自动完成割草作业的果园割草机的自动割草方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：a.路径学习，人工驾驶割草机沿果园的行车路径行驶，在行驶过程中对转弯位置、降刀盘位置、升刀盘位置以及需要避开的障碍物位置进行标记，记录行驶路径和标记点的导航定位信息；b.路径规划，按行车路径对标记点进行信息处理，在行程路径中加入标记点和割草机动作以形成参数化路径，并将参数化路径存储至自动作业控制装置中；c.自动割草作业，自动作业控制装置控制割草机沿规划路径行驶以完成割草作业，在自动行驶割草过程中：正常情况下，将获取的北斗定位信息和差分定位数据作为割草机的定位数据，控制割草机沿规划路径行驶；割草机的定位方法为：首先将天线的定位信息实时转变为天线在地面上的投影点坐标位置用于轨迹控制，采用基于四元数法和卡尔曼滤波将北斗惯导组合导航模块模块的加速度和角速度信号解算为车体的横倾角φ和纵倾角θ，设北斗定位天线的高度为h，北斗定位天线在高斯投影后的坐标为：x,y，则修正后的坐标为：x-hsinφ,y-hsinθ；当车体晃动而引起定位天线大幅度晃动，导致起定位失锁时，则切换为激光扫描仪导航，激光扫描仪通过识别两侧的树干，以使割草机行驶在两行果树的中间位置行驶，具体通过以下步骤来实现：c-1.获取障碍物的距离，激光扫描仪在水平面内扫描障碍物，设其测得某障碍物的距离为[Ls,Le]、角度为[θs,θe]，Ls、Le分别为障碍物距离激光扫描仪距离的最大距离和最小距离，θs、θe分别为障碍物最大距离处和最小距离处与激光扫描仪连线与车体横向方向的夹角；c-2.判断障碍物是否为干扰物，判断|θs,θe|≤θd1或|θs,θe|≥θd2是否成立，如果不成立，则执行步骤c-3；如果成立，则所检测到的是干扰物，不是树干，θd1、θd2为事先定义的临界角，其与树干的直径有关，θd1＞θd2；c-3.判断是否为树干，如果θd1＜|θss,θe|＜θd2，再进一步通过被测物体与传感器的横向距离进行二次确认；被测物体与激光扫描仪的横向距离dv通过公式1进行求取：dv＝Ls*cosθs1如果获取的被测物体与激光扫描仪的横向距离dv小于或等于车架宽度的12，被测物体判定为割草机前进中的障碍物，此时停车避让，并请求人工干预；对于横向距离dv大于车架宽度的12的被测物体判定为树干；被测物体与激光扫描仪的纵向距离dh通过公式2进行求取：dh＝Le*cosθe2在不存在障碍物的情况下，利用测量范围内两侧的横向距离dv可分别拟合出两行树干的直线方程，进而可计算激光扫描仪与两行树干之间的距离，控制割草机沿两行树干的中心线行驶；c-4.割草宽度控制，如果步骤c-3中求取的dv值超过变幅刀盘的正常覆盖范围，则控制变幅伸缩杆以最大作业宽度实施割草作业；如果dv在变幅刀盘的工作范围内，则根据dh值控制变幅伸缩杆，使变幅刀盘避开树干。

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