植保機器人作業(yè)規(guī)劃及壟行引導技術研究.pdf

1、針對果園植保過程中存在的作業(yè)機械需人工輔助駕駛，噴灑的農藥易造成果農中毒，農藥的過多噴灑，易對地下水造成污染等問題。本課題對植保機器人的整體作業(yè)規(guī)劃、壟行識別及壟行內自主導航等方面的技術進行研究。有助于改善果農的作業(yè)條件，提高作業(yè)效率及精準度，并最終實現(xiàn)人藥分離的目的。
　　本課題首先論述了課題的研究背景及意義，分析了國內外在農業(yè)機械的作業(yè)規(guī)劃、壟行識別及壟行內自主導航三個方面的研究進展。針對當前植保機器人相關技術研究中存在的問題

2、，制定了系統(tǒng)的總體設計方案及研究路線。
　　利用GPS/BD模塊與數(shù)字地圖技術結合進行作業(yè)規(guī)劃。首先采用地塊測繪技術獲取壟行特征點信息。然后，借助于GPRS無線通訊技術將此信息載入百度maps API，構建特征地圖，確定植保機器人作業(yè)區(qū)域的預定作業(yè)路線。實現(xiàn)植保機器人壟行內實時定位、軌跡回放等功能。對壟行地頭的轉向決策進行研究，提出了基于特征點及純追蹤模型的壟行地頭轉向方式。植保機器人的作業(yè)規(guī)劃實現(xiàn)對整體作業(yè)區(qū)域預定作業(yè)路線的繪制

3、。而當植保機器人在壟行內作業(yè)時，GPS/BD模塊的信號會受到果樹的遮擋，使得信號接收不穩(wěn)定，與GPS/BD導航模式相比，激光雷達測距儀具有成本比較低，不受外界環(huán)境的影響等方面的優(yōu)點。
　　基于激光雷達掃描測距技術采集壟行環(huán)境信息，利用最小二乘法提取壟行兩側邊界線及導航中心線。并獲取植保機器人相對導航中心線的位姿信息（航向偏差及橫向偏差），通過CAN通訊的方式將位姿信息輸出。
　　壟行內自主導航控制部分研究，建立植保機器人的運

4、動學模型、純追蹤模型及轉向控制模型，將壟行識別中獲取的位姿信息及前視距離作為純追蹤模型的輸入量，輸出植保機器人的理論輸出轉角信息。將該轉角信息轉化為植保機器人轉向電機的控制信號，實現(xiàn)植保機器人的自主轉向控制，并最終實現(xiàn)其在壟行內自主導航控制。為提高運動的穩(wěn)定性，設計了以前視距離為輸出量的模糊控制器，實現(xiàn)植保機器人前視距離的動態(tài)調節(jié)，保證植保機器人實現(xiàn)精確的路徑跟隨。
　　最后設計相關實驗對壟行識別及運動控制部分的相關研究進行分析驗