植保機器人作業(yè)規(guī)劃及壟行引導(dǎo)技術(shù)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(nóng)藥易造成果農(nóng)中毒，農(nóng)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(nèi)自主導(dǎo)航等方面的技術(shù)進(jìn)行研究。有助于改善果農(nóng)的作業(yè)條件，提高作業(yè)效率及精準(zhǔn)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(nèi)外在農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)規(guī)劃、壟行識別及壟行內(nèi)自主導(dǎo)航三個方面的研究進(jìn)展。針對當(dāng)前植保機器人相關(guān)技術(shù)研究中存在的問題

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

3、。而當(dāng)植保機器人在壟行內(nèi)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(dǎo)航模式相比，激光雷達(dá)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(dá)掃描測距技術(shù)采集壟行環(huán)境信息，利用最小二乘法提取壟行兩側(cè)邊界線及導(dǎo)航中心線。并獲取植保機器人相對導(dǎo)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(nèi)自主導(dǎo)航控制部分研究，建立植保機器人的運

4、動學(xué)模型、純追蹤模型及轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角信息。將該轉(zhuǎn)角信息轉(zhuǎn)化為植保機器人轉(zhuǎn)向電機的控制信號，實現(xiàn)植保機器人的自主轉(zhuǎn)向控制，并最終實現(xiàn)其在壟行內(nèi)自主導(dǎo)航控制。為提高運動的穩(wěn)定性，設(shè)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(diào)節(jié)，保證植保機器人實現(xiàn)精確的路徑跟隨。
　　最后設(shè)計相關(guān)實驗對壟行識別及運動控制部分的相關(guān)研究進(jìn)行分析驗