随着人们对绿色环保、健康生活的追求,化学除草带来的环境危害和食品安全问题越来越不能被大家所接受。针对我国目前的机械除草情况,结合国内外先进的除草理念及技术,设计了一种能够在一次作业中有效除去株间杂草和植株根部杂草的智能株间除草机,在除草的同时有效的避免了对植株根部造成的伤害。株间智能除草机主要包括自走式车辆本体、除草系统、图像实时采集系统等。根据除草要求及作业指标,设计满足除草作业的车辆行走系统和除草执行机构,使用SolidWorks对设计的机构进行三维建模,并将除草机构中的刀具导入ANSYS进行模态分析,根据实际工作情况对刀具施加约束和载荷,得出前六阶模态,验证了工件在工作中不会同时产生多个振动频率,进而叠加造成工件损伤。对除草作业过程进行仿真和优化,使用ANSYS/LS-DYNA有限元显示动力学模块,分别对设计的三种除草刀具进行土壤切削仿真,分析土壤切削过程中土壤的形变、刀具的应力分布情况和不同作业速度下的切削阻力。在整个切削过程中,土壤和刀具的应力变化均匀,土壤受到刀具的切削挤压后发生土体形变,土体表面向上拱起并发生破裂,并且在土壤未切削区域也发生了微小形变,有助于刀具切削土壤;分析三种刀具切削土壤仿真结果,得出指数刀刃的刀具切削阻力较小;优化指数刀具应力集中区域,优化后的刀具应力相比优化前的刀具应力减少了16.4%—20.4%;使用SPH/FEM耦合算法模拟土壤切削功率仿真,分析土壤切削过程及功率变化,并对切削功率进行理论验证,结果表明仿真得出的切削功率与理论值基本相符,验证了该模型的正确性以及该算法在模拟土壤切削过程的可行性和正确性。利用ADAMS运动学仿真软件对除草机构虚拟样机进行除草作业路径仿真,根据预先设置的参数对样机进行仿真,仿真结果表明除草路径无法将株间区域全部覆盖,在刀具旋转速度一定时,除草路径随着作业速度的增加变得稀疏,因此应适当的提高刀具旋转速度;对预先设置的数值进行参数化,利用ADAMS优化模块对除草路径进行优化,优化后的路径能更好的覆盖行株间和根部区域,并且除草刀具之间没有发生干涉。图像实时采集系统针对田间玉米复杂的生长环境,编写特定的图像识别算法。通过对实时采集到图像进行一系列处理,经过处理后的植株图像可以被提前训练好的分类器识别出来。当植株出现在目标区域,图像处理系统将向除草机构发送规避指令。在植株识别实验中,对不同光照强度下植株进行识别,光照强度好的植株识别率为83.6%,正常光照强度下的植株识别率为77.3%,光照强度低的植株识别率为65.5%。除草样机在田间试验中,整体运行良好,除草作业过程中刀具没有发生干涉。