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农业机械自动导航技术日渐成熟,导航产品带来了较好的经济效益,但这些导航产品只与部分车型的旱地拖拉机配套使用,仍缺少一套适用于水田拖拉机作业的自动导航产品。现提出一种改装方法,将一套旱地拖拉机导航系统安装至水田插秧机上,分别在广东和黑龙江进行田间试验,利用全球定位系统(global positioning system,简称GPS)分别采集记录插秧机自动导航作业与驾驶员人工作业时的数据,分析两者作业轨迹的直线度,比较两者的作业效果,探究该导航系统在插秧机上的作业性能。结果表明,驾驶员直线作业轨迹的平均绝对横向偏差为4.46~4.50 cm,横向偏差的标准差为2.69~3.36 cm。自动导航的平均绝对横向偏差为2.29~2.70 cm,横向偏差的标准差为1.63~1.90 cm,说明该自动导航插秧机的作业精度以及稳定性比人工驾驶高,通过这一改装方法将自动导航系统安装至水田拖拉机上后在水田作业过程中依然保持良好的作业性能,其安装方法简单而且可靠性高,为后续水田拖拉机自动导航系统的开发与研究提供参考。 相似文献
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葡萄园拖拉机自动导航系统设计与试验 总被引：1，自引：0，他引：1
《甘肃农业大学学报》2020,(3):198-205
【目的】为了实现拖拉机在葡萄园内的自动导航控制.【方法】设计开发了一套导航控制系统,该系统采用变论域模糊法作为导航控制决策,系统通过输入横向偏差和航向偏差的变量,改变模糊控制论域,提升系统的自适应能力,使得系统响应速度更快精度更高,提高拖拉机在葡萄园复杂的环境导航效果.【结果】试验结果表明:当拖拉机以0.25 m/s和0.35m/s的作业速度行驶时,导航的平均横向偏差分别为2.46、2.77 cm,最大偏差分别为5.36、14.68 cm,均方差分别2.92、4.79 cm.【结论】设计的导航控制系统基本满足拖拉机在葡萄园内导航作业需求. 相似文献
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以东方红X-804拖拉机为平台,开发了一种基于RTK-DGPS定位和双闭环转向控制相组合的农业自动导航系统。系统主要包括RTK-DGPS接收机、姿态航向参考系统(AHRS)、转向控制器、电控液压转向装置和转向角检测传感器。设计了Kalman滤波器对定位数据进行平滑处理,同时实现航向角的校正。为实现自动转向,在拖拉机原有手动控制系统基础上加上电控比例液压阀,并设计电控单元。然后,推导了转向系统的数学模型,通过Matlab仿真工具箱得到传递函数的参数,设计了双闭环转向控制算法。最后,进行了算法验证试验和田间试验,结果表明,双闭环控制方法较好抑制了稳态时的震荡现象,方波信号的角度跟踪稳态时最大误差0.60°,平均误差0.40°,平均延时为0.20 s;设计的Kalman滤波器有助于提高定位系统的精度,横向跟踪误差不超过0.09 m,转向角度平均跟踪误差为0.43°,延时0.25 s。 相似文献
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基于UWB定位的农业机械辅助导航系统设计与试验 总被引：1，自引：0，他引：1
【目的】低成本实现南方中小型田块中农业机械田间精确定位,降低农机操作人员劳动强度、提高农机作业效率。【方法】采用超宽带(Ultra wide band,UWB)技术对作业机械进行实时定位,通过位置解算算法,得到定位标签的三维精确位置坐标;利用位置校正算法,修正作业机械车身倾斜引起的田间定位误差;设计基于AB线的路径规划算法,实时规划作业路径并计算作业偏差;通过可视化人机交互界面为农机操作人员提供实时辅助驾驶信息。【结果】水田环境中,分别以0.5、1.0和1.5 m/s的速度沿规划路径行驶时,系统平均横向定位偏差均小于7 cm;当行驶速度大于1.0 m/s时,利用位置校正算法平均横向定位偏差降低了52.79%,标准差降低了49.82%,最大横向定位偏差降低了50.04%。搭载辅助导航系统进行田间插秧试验,各行作业轨迹与自身行拟合直线的平均横向偏差为5.90 cm,标准差为3.64 cm;各行作业轨迹与其规划直线路径的平均横向偏差为6.98 cm,标准差为4.95 cm。【结论】辅助导航系统具有较高的定位精度和良好的稳定性,成本低且通用性强,能够满足南方中小型田块中农业机械田间作业要求。研... 相似文献
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为实现农业机械田间作业时的路径跟踪控制,在无人驾驶高速插秧机硬件系统基础上,采用基于规划路径弯曲度的动态搜索预瞄算法设计了路径跟踪控制软件。该算法以作业机械横向偏差和航向偏差作为航向模糊控制器的输入变量,以前轮转角期望值为输出变量,设计航向模糊控制器,实现航向控制;同时结合转向模糊免疫PID控制器对步进电机的PWM频率进行控制,实现水田作业机械的方向改变,从而完成作业机械沿规划路径自动行驶跟踪,并用Matlab/Simulink仿真平台对所采用的路径跟踪控制原理和所设计的模糊控制器进行了有效性验证,结果表明所采用的控制方法是可行的。经试验,插秧机以1 m/s的速度进行直线跟踪时最大的跟踪偏差只有4 cm,且始终围绕零值附近上下波动,计算平均跟踪偏差为0.84 cm,能够满足水田作业机械路径跟踪控制的要求。 相似文献
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【目的】对拖拉机转向跟踪控制进行研究,寻求提高转向跟踪控制精度的方法。【方法】以福田欧豹4040型拖拉机为研究对象,以车辆航向角偏差和前轮转角为输入变量,转向驱动电机转速为输出变量,设计车辆转向控制模糊控制器,并用于拖拉机航向角的控制。【结果】拖拉机以0.53 m/s的速度行驶时,航向角偏差可控制在1°以内;拖拉机在50 m行驶距离内,最大横向偏差为0.16 m。【结论】所设计的控制器能够满足拖拉机转向跟踪控制的要求。 相似文献
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为改善基于GNSS/INS组合定位的水稻插秧机在遇到遮挡、电磁干扰、传感器失效等情况时的导航效果,在原有GNSS/INS组合定位的基础上,提出一种视觉导航系统（vision navigation system,VNS）补充的水稻插秧机多传感器组合定位方法。首先设计改进的Otsu法和改进的Hough变换算法用于视觉定位信息提取,并构建插秧机和相机坐标系关系方程以求解位姿值;然后采用具有容错功能的联邦卡尔曼滤波算法将VNS输出的定位信息和GNSS、INS输出的定位信息进行融合;最后分别在水泥地和水田进行试验。结果显示,空旷水泥地场景下,GNSS/INS/VNS组合定位和GNSS/INS组合定位精度相近,而在遮挡水泥地场景下,GNSS/INS/VNS组合定位解算出的位置误差和航向误差的平均值分别为1.77 cm和0.99°,相较于GNSS/INS组合定位方法分别提高46.8%和61.5%;水田试验中,经过视觉补充后导航系统的横向偏差和航向偏差平均值分别降低45.7%和67.9%,横向偏差平均值为1.97 cm,航向偏差平均值为0.49°。试验结果表明,基于视觉补充的多传感器组合定位方法能有效降低导航系统的定位误差和跟踪偏差,满足插秧机自动驾驶作业的要求。 相似文献
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基于RTK-GNSS和MEMS陀螺仪的车辆航向角测量技术 总被引：1，自引：0，他引：1
【目的】更好地满足车辆自动驾驶时航向角测量的精度要求。【方法】提出卡尔曼滤波算法,把实时动态–全球导航卫星系统(RTK-GNSS)测量出来的经纬度和高程经过高斯投影转换为高斯平面坐标,和微电子机械系统(MEMS)陀螺仪测得的累积航向角进行融合处理,最终得到车辆更为精准的航向角。【结果】融合后的航向角度曲线既保持了GNSS航向的整体变化趋势,也保持了陀螺仪航向的细部变化趋势,且较GNSS和陀螺仪所得曲线更为平滑,可以跟踪车辆180°调头的转弯动作。【结论】卡尔曼滤波算法可以实时在线且精准地测得车辆航向角数据,精度较GNSS测量结果提高80%以上。 相似文献
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目的 开发基于星基增强精密单点定位的农机自动导航系统。方法 以国产雷沃TX1204拖拉机为平台,采用国产星基增强定位板卡的输出数据作为农机位置反馈量,设计位速卡尔曼滤波器对定位数据进行滤波处理,开发预瞄跟随PID路径跟踪控制算法进行导航控制,整定不同行驶速度条件下的模型控制参数,采用地基增强RTK高精度定位接收机输出数据作为参考量,搭建农机自动导航测试系统并开展系统性能测试。结果 在直线跟踪误差方面,所开发的农机自动导航系统平均误差为?0.0009436 m,标准差为0.02452 m,最大误差绝对值为0.08472 m;在邻接行误差方面,平均误差为0.0007128 m,标准差为0.02986 m,最大误差绝对值为0.15444 m。这一精度可满足大部分农机自动导航作业需求。结论 将国产星基增强精密单点定位技术用于农机自动导航是可行的;本文设计的预瞄跟随PID路径跟踪控制模型和提出的不同速度条件下PID参数与前视距离的整定方法,提高了系统对不同速度的自适应能力。 相似文献
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This article presents a new kind of navigation system for agricultural machines. The focus is on trajectory control where a Nonlinear Model Predictive path tracking for tractor and trailer system is presented. The experiments of the proposed method are carried out by using real agricultural machines in real environments.The agricultural objective is to drive so that swaths are exactly side-by-side, without overlapping or gaps. Hence, the objective of this research was to control the lateral position of the towed implement and to keep it close to the adjacent driving line. The adjacent driving line was recognized locally by using a 2D laser scanner. The local measurement and global position information was merged with the help of an Extended Kalman Filter (EKF). The measurement of the heading by GPS was improved by using an inertial measurement unit and a separate EKF filter. The position of the implement was controlled by steering the tractor and by the use of a hydraulically controlled joint. Because there were two actuators which affected the position of the implement, the problem was a multivariable control problem. Nonlinear Model Predictive Control (NMPC) was used to accomplish the navigation task.The goal was to build a system, which is able to have at least the same accuracy as a human driver. The sufficient accuracy requirement was at most 10 cm lateral error at a speed of 12 km/h. The results presented in the article show that the goal was met and NMPC is a feasible method for accurate path tracking. Further investigation is, however, needed to adapt the method to other kinds of agricultural machines. 相似文献
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为提高拖拉机在自主导航行驶中转向跟踪控制的响应特性和稳定性,设计了以拖拉机前轮转角偏差和偏差变化率为输入,以电机控制电压和PID 3个控制参数为输出的模糊控制器,结合PID控制器实现前轮转角偏差大于10°时采用模糊控制和转角偏差小于等于10°时采用自适应模糊PID控制。仿真结果表明,采用复合模糊PID控制器在前轮转角偏差较大变化范围内均能实现快速和准确的转向跟踪。 相似文献
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沈文龙 《湖南农业大学学报(自然科学版)》2014,40(3)
以茂源250型拖拉机为试验平台,设计一种用于农业车辆自主导航的电控液压转向系统。该系统使用电控比例液压阀、换向阀和溢流阀,改造拖拉机的液压转向油路;采用STC12C5A60S2作为比例阀的控制器,同时加装角度传感器作为系统的反馈。将带有死区的PD控制算法在SimHydraulics建立的液压转向系统模型上进行仿真,并实车试验验证。在左、右极限转向和4种特定目标角度转向试验中,该系统比原有系统响应时间快0.2 s,超调量在5%以内。 相似文献
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农机卫星导航自动驾驶作业精度评估试验的研究 总被引：2，自引：1，他引：1
针对农机卫星导航自动驾驶作业精度没有统一和规范的评估指标及评估方法的问题,利用高精度RTKGPS接收机,采用单点静态定位的测量方法,以农机卫星导航自动驾驶的起垄作业为测试对象,采集4块起垄作业地块的试验数据进行分析,并提出以垄向直线度和垄间平行度作为评估指标,对农机卫星导航自动驾驶作业精度的评估方法进行研究。结果表明:1)垄向直线度的最小值和最大值分别为2.70和4.59cm,最小和最大均方根分别为3.36和5.55cm;2)垄间平行度的最小值和最大值分别为5.16和16.88cm,最小和最大均方根6.76和24.72cm;3)根据垄向直线度和垄间平行度,农机卫星导航自动驾驶作业在1号地块的作业精度最高,3号地块的作业精度最低,与实际作业情况相符。该评估方法可实现对农机卫星导航自动驾驶作业精度的量化评估,能为农机卫星导航自动驾驶作业精度的评估提供一种有效地测试及评估的方法。 相似文献
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自主导航农业机械避障路径规划 总被引：1，自引：0，他引：1
【目的】实现自主导航农业机械作业时静态障碍物避障功能。【方法】在已知工作环境条件下提出2种避障路径规划算法。以农机运动规律为基础,依据障碍物位置和尺寸信息提出单障碍物避障算法。在单障碍物避障算法基础上,依据安全行驶区域大小,参考左右双向避障策略提出双/多障碍物避障算法。【结果】单障碍物位于不同位置、农机行驶速度为0.3 m·s~(-1)时,行驶路径分别比L算法减少35%、26%,行驶路径累计误差减少53%、82%,方差减少64%、66%;行驶速度为0.5 m·s~(-1)时,行驶路径减少38%、22%,行驶路径累计误差减少66%、62%,方差减少41%、71%。多障碍物路况,农机行驶速度为0.3、0.5 m·s~(-1)时,行驶路径累积误差分别为9.99、4.13 m,方差分别为0.022 1、0.027 0 m2。【结论】本文算法在行驶路径、行驶路径累计误差、规划路径跟踪稳定性和路况适应性上均体现出一定优势。 相似文献