用传统的割草机械装备完成城市草坪的割草任务需要大量的人工参与,割草工作往往单调枯燥,为此设计一款针对城市草坪的割草机,可自动完成割草作业,提高割草效率,减少人力物力资源浪费。本文从整机结构设计、全覆盖路径算法、控制系统设计这三方面对城市草坪割草机展开研究。通过对割草机机械结构的功能需求分析,完成了整机和关键结构设计,包括底盘系统、割草装置、剪草装置等。底盘系统包括移动平台的选择,基于移动平台所设计的转向机构;割草装置的升降机构采用四连杆设计,通过电动推杆伸缩实现割草装置的升降功能,割草机通过皮带传动、锥齿轮传动将割草电机动力传送到割草刀具上,实现割草功能;剪草装置采用曲柄、下端与剪草刀啮合的移动滑块,实现移动滑块横向移动,通过剪草刀的往复运动实现剪草功能。利用栅格法构建地图模型,在静态环境下,进行全区域覆盖的路径规划研究。全区域覆盖采用生物激励神经网络算法,在神经元活性值的定义以及脱困路径选择上对生物激励神经网络算法提出两点优化方案,通过仿真验证改进后生物激励的优越性。为进一步优化转弯次数这一指标,提出一种混合方案全覆盖算法。包括对工作区域的分割、对各个子区域的遍历、子区域之间的连接等。其中对工作区域的分割,提出一种基于纵向障碍物重叠所改进的Boustrophedon单元分解法进行优化分区策略,有效减少分区数量并将工作区域分为无障碍子区域和有障碍子区域;对无障碍子区域,经过比较常用遍历方式优缺点,采用折线往复式规划,对含障碍子区域采用改进后的生物激励算法;子区域的连接以及返回起点采用A*算法进行点对点路径规划,通过仿真验证,混合方案全覆盖算法在转弯次数、行驶距离指标中都有所优化。采用模块化思想对割草机控制系统进行设计,主要包括测距模块、定位模块、驱动模块等模块。定位模块采用GPS定位与航迹推算组合定位,确保定位功能持续稳定;欠压检测功能、割草刀具正反转功能等通过分立元件搭建实现;驱动模块以L6235D为核心搭建电机驱动电路的功率部分并设计其外围电路,控制部分则是将工作环境的仿真路径通过角度位移计算程序导出坐标、方向角及位移,发送到姿态行走控制模块的PID控制器再对数据进行处理,通过PWM对驱动电机实现调速控制,实现按照仿真路径行走。