長(zhǎng)距離柔索測(cè)距裝置及農(nóng)機(jī)混合定位方法研究.pdf

1、農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化是中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向，農(nóng)機(jī)田間的自主行走一直是研究的熱點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)的自主行走，就要對(duì)其進(jìn)行定位，定位是自主行走的前提。農(nóng)機(jī)定位，要求做到精度高、價(jià)格低。以水稻為例，植株之間行距在200-250mm之間，對(duì)農(nóng)機(jī)定位提出了很高要求。且田間農(nóng)作物比較小，視覺方式難以識(shí)別。本文在考察了差分GPS、視覺定位的基礎(chǔ)上，針對(duì)農(nóng)田作業(yè)，考慮到大田作業(yè)的適應(yīng)性，提出了一種基于柔索測(cè)距的定位裝置，該裝置可以在大田作業(yè)中展開，目標(biāo)精度達(dá)

2、到20mm。
　　本文的研究工作主要有以下幾個(gè)方面:
　　(1)柔索長(zhǎng)度測(cè)量裝置的研究設(shè)計(jì)。在柔索測(cè)距原理的基礎(chǔ)上研究和設(shè)計(jì)了長(zhǎng)柔索測(cè)量機(jī)構(gòu)，使用編碼器實(shí)現(xiàn)對(duì)柔索長(zhǎng)度的測(cè)量，最大測(cè)量誤差20mm，響應(yīng)頻率是600Hz，編碼器脈沖丟失率最大為0.0025％。研究和設(shè)計(jì)了納線機(jī)構(gòu)，使得柔索長(zhǎng)度可以達(dá)到150米，使裝置能適應(yīng)大田農(nóng)機(jī)。
　　(2)基于激光測(cè)距的緩沖機(jī)構(gòu)研究設(shè)計(jì)。針對(duì)農(nóng)機(jī)在田間行走時(shí)由路面不平引起的沖擊而帶來的

3、擺動(dòng)，本文設(shè)計(jì)和研究了弛張緩沖機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可容納40-200mm范圍內(nèi)的伸縮位移緩沖。在緩沖機(jī)構(gòu)中用激光側(cè)距傳感器對(duì)緩沖機(jī)構(gòu)伸縮位移進(jìn)行測(cè)量，分別在50mm-200mm范圍內(nèi)的長(zhǎng)度上每隔50mm測(cè)量出四組數(shù)據(jù)，結(jié)果表明50mm時(shí)的平均測(cè)量長(zhǎng)度是53.95mm，最大誤差5mm，平均相對(duì)誤差7.9％;200mm時(shí)平均測(cè)量長(zhǎng)度206.51mm，最大誤差10mm，平均相對(duì)誤差3.23％。采用卡爾曼濾波的方法對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行了濾波處理，提高了數(shù)據(jù)

4、平穩(wěn)性，減少了隨機(jī)誤差，卡爾曼數(shù)據(jù)濾波后將誤差控制在3％以內(nèi)。
　　(3)測(cè)量裝置電氣系統(tǒng)。對(duì)樹莓派與Arduino的串口通信和I2C通信進(jìn)行了研究，分析了兩種通信方式的原理以及在樹莓派和Arduino上的實(shí)現(xiàn)方式。在樹莓派和Arduino上實(shí)現(xiàn)了12C通信，12C通信的波特率為32KHz。整合柔索了長(zhǎng)度測(cè)量機(jī)構(gòu)和緩沖機(jī)構(gòu)，在樹莓派上進(jìn)行了定位的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明定位的誤差在20mm以內(nèi)。
　　(4)混合定位方法研究與實(shí)驗(yàn)。為了