基于激光扫描技术的农业机械导航避障系统研究.pdf

摘要农业机械自动导航技术是精细农业的关键技术，也是当前农业工程领域的研究热点之一。但目前大多数农业机械自动导航系统只考虑在农田中按照预先规划好的路径进行跟踪作业，没有考虑作业环境中存在障碍物的情况。一旦存在障碍物，只能大幅度地修改预定义作业路径。这样势必影响作业效率，同时也无法保证农业机械在自动导航作业中的安全性。本研究在农业机械自动导航技术基础上通过实时监测作业环境中阻碍正常作业的障碍物，并实施避障策略以提高作业效率和保证作业安全。本研究主要进行了以下几方面的研究工作：侠饕岛较蛏系恼****锸凳奔觳狻０沧霸谕侠***降募す獠饩嘁谴ǜ衅．＜涓袅柰侠敖较。范围内的障碍物信息。首先采用阈值分割法对得到的錾璧阒芯嗬氪笥谏瓒ㄣ兄档慕刑蕹玫皆谏瓒ㄣ兄之内的障碍物点团。然后采用平均值算法对该障碍物点团进行拟合得出障碍物中心点坐标和形态信息，其中一些障碍物因相距较近可以归为同一障碍物。采用补偿点算法对满足可以归为同一障碍物条件的障碍物进行补偿，重新计算补偿后的障碍物中心点坐标和形态信息，使障碍物检测更加准确。由于拟合出的障碍物信息中可能包含有许多田间周围的田埂、树木等无关信息，本研究采用阈值法对此类情况进行分割，最后将障碍物信息通过ㄐ欧绞椒⑺偷降己缴衔换Ｊ笛槭揖蔡馐允闭****镏行点坐标误差小于，截面长度最大误差小于Ｌ锛涫笛槭保****镏行牡阕标小于苷下肪豆婊Ｂ肪豆婊G笫凳惫婊鲆惶醣苷下肪叮员苊馔侠胝****物发生碰撞。导航上位机接收到障碍物信息后，首先由导航控制器判断障碍物是否影响当前作业，若无影响，则忽略障碍物的存在继续沿原路线进行作业。若有影响，则由导航控制器根据田间具体情况计算出路径规划用的关键点。然后将关键点信息输入利用镅员嘈吹娜窝跚咚惴ê校芯植柯肪豆婊狙芯坎捎个关键点，可使规划出的路径更加平滑。该三次样条函数根据输入信息计算出一条平滑路径，并且可以返回该路径上的霾逯档阕曛怠Ｗ詈螅ǚ祷氐个插值点坐标值转换为大地坐标系下坐标值。孔纷俾肪陡偎惴ā１狙芯糠治隽饲笆泳嗬攵杂诔盗静捎么孔纷俜绞浇新
径跟踪的影响。采用纯追踪模型进行直线或曲线路径跟踪时，要求前视距离必须满足一定的条件，整个跟踪系统才趋于稳定，前视距离与车辆前进速度密切相关。文中给出了横向跟踪误差正负号的判断方法。导航控制器首先计算拖拉机当前航向角度和目标航向角度，然后采用ㄐ欧绞蕉宰O蚩刂苹瓜麓锫肿幼O蚍较蚝徒嵌戎噶睿依此循环完成对霰苷下肪蹲甑愕母伲苷辖崾笄谢刂猎己铰肪都绦作。试验结果表明，采用本研究设计的纯追踪算法对避障路径进行跟踪时的最大跟踪田间试验结果表明，本研究设计的障碍物检测算法能够正确进行障碍物识别，准确给出障碍物信息；采用三次样条曲线进行避障路径规划，可以得出平滑、适合于拖拉机进行跟踪的路线；纯追踪算法能够满足避障路径跟踪要求，系统工作稳定。关键词：避障导航；激光测距仪；三次样条曲线；纯追踪算法误差为。
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把课题研究背景研究目的和意义世纪年代，欧美发达国家相继开展了精细农业技术体系的研究与实践。精细农业技术体系一般包括六大支持技术，分别为定位系统际酢，地理信息系统际酢８技术、，决策支持系统际酢，信息采集与处理技术虸悄芘业机械际罗锡文等，＞概┮凳腔谛畔⒑椭J兜南执┮倒芾碛刖营理念，是实现农业可持续发展的技术支持蠲裨蓿。智能农业机械是实施精细农业的重要装备，是实现精细农业技术的移动平台和执行机构。精细农业概念下的智能农业机械田间作业是个复杂的过程，借助于计算机技术、技术和传感器技术，按照预定的路线自主导航行走，自动采集多变的田间信息，根据田间处方图，针对农田小区存在的差异自动执行分布式投入决策，实现精细作业。智能农业机械的自主导航主要包括：导航传感器、车辆模型，路径规划，转向控制器霾糠，许多欧美发达国家对农田作业机械智能导航控制技术及相关产品进行了大量研究，并逐步投入农业生产，生产效益显著提高。虽然我国的农业机械化研究和应用取得了相当大的成绩，但是在农业机械与装备的自动化、信息化和智能化技术等方面的研究尚处于起步阶段，迫切需要大力开展农业机械与装备的自动化、信息化和智能化技术等方面的研究，提高农业机械与装备的智能化水平，以促进农业可持续发展，提高农业资源利用率，保护农业生态环境，为精细农业技术的实践和推广提供物质和技术支持，从而缩小我国和发达国家的差距，加快实现我国农业现代化。．芯磕康本课题以华南农业大学研制的基于东方红一型拖拉机的自动导航作业系统为平台，研究基于激光测距仪的农业机械导航避障系统。在原有远己较低称教，全球
国外研究现状上，利用激光测距仪进行农业机械避障导航技术研究，以农田作业环境中的树木、电线杆和作业人员等实体为识别目标，采用激光