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农业信息采集主要收集农作物的生长状况和所处的环境特征,作为农艺操作的依据。传统的信息采集主要依靠人工观察记载或仪器测量记录,获得的数据量有限,参考价值不高。为此,设计了一种以铝合金框架车体为平台的轮式机器人,具有行走控制、路径识别和信息采集的功能,且在农田环境中行走平稳,能够识别田间的空行和作物并规划行走路径。试验结果表明:机器人采集的信息数据与人工测量数据之间差异很小,符合农田环境的实际情况,可以为农业的信息化和智能化提供技术支撑。 相似文献
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折腰转向无人驾驶植保车控制系统设计与试验 总被引：1，自引：0，他引：1
针对黄淮海地区作物多样，行距差异大，植保机械通用化低和智能程度低的问题，设计了一种轮距和离地间隙可调的折腰转向无人驾驶植保车。该植保车可使用遥控器远程控制，切换自动模式后，可根据预定路线进行路径跟踪，实现植保车的自主行走。对植保车自主行走模式建立运动学模型，确定了利用航向跟踪实现路径跟踪策略，并通过Lyapunov函数分析了折腰转向控制的稳定性。提出了传感器的扩展卡尔曼滤波算法和驱动电机的PID控制方法。利用Matlab阶跃响应对自主行走控制系统进行仿真分析，结果表明，当Kp=1、Ti=0.05、Td=0.01时，系统响应速度和精度能够满足自主植保车导航控制的需要。以作业平台转弯半径、直线行走偏移为控制参数进行田间试验，样机转弯速度3km/h时，最小外轮转弯半径为2m;行走速度为6km/h时，100m直线行走平均偏移量为5.51cm;植保车满载情况下的平均续航时间达到2.54h，整机达到设计要求。 相似文献
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基于自校准变结构Kalman的农机导航BDS失锁续航方法 总被引：2，自引：0，他引：2
针对农机自动导航作业过程中存在的BDS信号失锁导致系统突然失控的问题,提出了一种适用于轮式农机的基于自校准变结构Kalman滤波器的农机导航BDS失锁续航方法。依据4自由度农机运动学模型,设计了BDS/INS信息融合Kalman滤波器;进行INS导航定位误差不确定度分析,并设计了基于自回归模型的航向校准方法、INS传感器角速率测量零偏实时校准方法,结合上述方法设计了自校准变结构滤波器,进行位姿信息处理,结合导航跟踪控制方法实现失锁续航功能。根据分米级精度要求,进行了机器人直线、矩形路径失锁续航试验和农机田间直线续航试验。机器人续航试验结果表明:行驶速度为1 m/s时,与运用未校准滤波器的续航系统相比,该方法实际平均横向偏差减小34%,横向偏差达到20 cm时机器人在路径上的平均行驶距离提高80%。农机田间续航试验结果表明:行驶速度为1 m/s时,在实际偏差小于20 cm的条件下,农机在路径上的行驶平均距离达到16. 65 m。 相似文献
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针对农田信息采集机器人采用永磁电机系统推进,直接影响农田信息采集机器人稳定性、可靠性和安全性的混沌现象,对其进行相轨迹图、耗散性和Lyapunov指数等复杂动力学分析;为控制处于混沌态的系统达到稳定周期态,应用PI滑模变结构控制理论,设计了控制器,并通过MATLAB数值模拟验证其有效性。结果表明:该控制方法具有较好的动态性能和稳态精度,为相关农业机器人的运行与控制提供了依据。 相似文献
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以车辆受力模型为研究基础,将不同轮距、不同地隙为因变量,研究地隙、轮距对车辆稳定性的综合影响规律。并运用虚拟样机软件ADAMS对设计样机进行稳定性仿真验证分析,为样机参数调节提供理论指导。通过样机进行实物试验得出轮距、地隙调节对车辆稳定性影响的变化规律,并验证稳定性理论推导的正确性。 相似文献
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针对小麦、棉花等农作物田间喷药作业的需求,设计一种高地隙自走式喷杆喷雾机。对整车机架、喷杆升降机构、轮距调节机构、转向机构、喷杆、液压行走系统、喷雾水路系统等关键零部件和系统进行了研究和设计,并制作出样机。通过样机试验验证整机设计方案及功能、性能等,试验测得最大行驶速度为32 km/h、最大爬坡度>20%,最大侧翻稳定角度为18.1°,喷雾量变异系数为6.3%。试验表明,样机的各项功能和操作等满足设计要求。该样机的设计和试验为高地隙自走式喷杆喷雾机的相关研究和设计奠定了基础。 相似文献
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自走式田间作业机械要适应各种地况条件,应对不同的作业要求,需要采取特殊的结构与行走装置。选取铰接转向履带式拖拉机、自走式喷药机、自动喷灌机、高速插秧机和坡地联合收割机5种典型农田作业机械,分析其结构形式与作业需求之间的关系,重点探讨多履带、高地隙、多单元轴向组合、水田轮以及水平调节5种行走装置的工作原理与结构特点。 相似文献
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针对高地隙喷雾机在自主导航作业中因侧滑影响而导致轨迹跟踪精度降低的问题,提出一种基于四轮独立驱动(4WID)高地隙无人喷雾机的自适应控制方法。首先,建立4WID高地隙喷雾机的运动学模型;然后基于运动学几何约束和速度约束,引入两个表征侧滑效应的参数构建改进位姿误差模型;最后将参数自适应与反步控制方法结合,设计自适应控制律实时估计并补偿侧滑效应。以典型的U形作业路径为例,在考虑和不考虑侧滑的情况下分别进行了仿真和试验验证。仿真结果表明：本文提出的控制算法在喷雾机出现侧滑的情况下可以保证较高的轨迹跟踪精度;水田试验表明,当喷雾机在常规作业速度3.6km/h时,与不考虑侧滑的轨迹跟踪控制算法相比,喷雾机轨迹跟踪的横向平均绝对误差减小至0.041m,标准差减小至0.059m;纵向平均绝对误差减小至0.018m,标准差减小至0.015m;航向平均绝对误差减小至2.56°,标准差减小至3.57°。 相似文献
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智能除草机器人在草坪作业时,易受到外界扰动以及系统不确定性的影响,从而导致轨迹跟踪收敛时间长以及跟踪效果差等问题。因此,设计一种面向轨迹跟踪的自适应快速积分终端滑模控制算法。首先,考虑驱动轮动力学特性以及未建模误差、外界干扰、动静摩擦等不确定性因素,建立除草机器人的动力学模型。然后基于所建立的动力学模型,设计自适应快速积分终端滑模控制器。所提出的控制器结合了快速终端滑模、积分滑模和自适应估计技术的优点,能够实现期望的跟踪性能并抑制控制信号抖动。同时,在不需要明确系统不确定性和外界干扰上界的情况下,可以通过所设计自适应估计项进行实时补偿,提高系统的鲁棒性。最后,通过仿真和试验验证了该方法的有效性。试验结果表明,所设计的控制器能够使跟踪误差在有限时间内快速收敛,并且横向误差绝对值不超过0.097 9 m,纵向误差绝对值不超过0.102 6 m,航向角误差绝对值不超过0.057 8 rad,保证除草机器人准确跟踪作业路径,同时具有较强的鲁棒性。 相似文献
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为了实现温室环境与作物信息的采集与监测,设计了可实现环境全方位移动监测的机器人。以机器人为研究对象,通过对机器人结构分析,建立了运动学模型;提出了基于航向角误差算法的路径跟踪控制方法,以实现对机器人转向和速度控制,使其按照期望路径运动,达到路径跟踪目的。仿真结果表明:所提出的路径跟踪控制算法,能使机器人较稳定快速地收敛于期望路径。试验结果表明:当机器人跟踪稳定后,直线路径跟踪横向误差范围为±8mm,圆弧路径跟踪横向误差范围为±11mm。本研究可为温室环境监测机器人路径跟踪控制提供参考。 相似文献
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针对传统燃油驱动、前轮转向的高地隙喷雾机传动效率低、碳排放高、环境污染、智能化水平低、灵活性差等问题,本研究提出了一种适用于无人驾驶的高地隙四轮独立驱动（Four Wheel Independent Drive,4WID）喷雾机。其采用混合动力、前后双转向桥的4WID,转向半径小,前后轮的运行轨迹高度一致,能够减少田间植保作业时的压苗现象。考虑水田极端作业环境下驱动轮的滑移、陷坑等问题,基于喷雾机线性时变的运动学模型（LTV）,构建了考虑驱动轮滑移的分层路径跟踪控制。上层模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）器根据预期路径、车辆当前位置,获得喷雾机的转向角和运动速度,实现路径跟踪。下层以模糊控制和积分分离PID控制构建驱动轮滑移控制器,从而实现路径跟踪、运动速度、驱动轮滑移的有效控制,提高了喷雾机在复杂作业环境中的稳定性和路径跟踪精度。采用Adams/Matlab的联合仿真结果表明,在复杂的工况条件下,喷雾机驱动轮的滑移率依然控制在±20%之内,防止驱动轮发生过度滑移对车速和转向角产生不良影响,有利于喷雾机稳定性的提升。本喷雾机能够快速准确地跟踪期望路径,与未考虑驱动轮滑移的控制相比,能够适应更加复杂的工作环境,跟踪精度有明显提升。 相似文献
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为提高联合收获机收获质量与效率，构建了轮式谷物联合收获机视觉导航控制系统，结合OpenCV设计了谷物收获边界直线检测算法识别水稻田间已收获区域与未收获区域边界，经预处理、二次边缘分割和直线检测等得到联合收获机视觉导航作业前视目标路径，并根据前视路径相对位置信息进行田间动态标定获得联合收获机满幅收获作业状态；提出了一种基于前视点的直线路径跟踪控制方法，通过预纠偏控制实现维持满割幅的同时防止作物漏割，以相对位置偏差值和实时转向后轮转角作为视觉导航控制器的输入，并根据纠偏策略对应输出转向轮控制电压大小。稻田试验结果表明，该导航系统实现了轮式联合收获机田间相对位置姿态的可靠采集及目标直线路径跟踪控制的稳定执行，在田间照度符合人眼正常工作的情况下，收获边界识别算法检测准确率不低于96.28%，单帧检测时间50 ms以内；以不产生漏割为前提的视觉导航平均割幅率为94.16%，随作业行数增多，割幅一致性呈提高趋势。本研究可为联合收获机自动导航满割幅作业提供技术支撑。 相似文献
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基于无线传感器网络的稻田信息实时监测系统 总被引：1，自引：0，他引：1
针对农田环境信息采集过程中监测周期长、环境干扰大等特点,设计了一种基于混合天线无线传感器网络稻田环境信息实时监测系统,采用分簇路由协议进行组网,为不同类型的节点配置不同类型的天线,并使用转台控制汇聚节点定向天线的方向,以扩大网络的覆盖范围和提高系统的稳定性。基于该系统进行长时间稻田组网试验,对网络丢包率和稻田环境参数采集准确性进行测试,试验结果表明,系统运行稳定、测量准确,网络数据平均丢包率为0.44%,稻田空气温度、空气相对湿度和土壤含水率的平均相对误差分别为0.26%、0.64%和0.33%。 相似文献
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智能锄草机器人系统设计与仿真 总被引：9，自引：1，他引：8
针对锄草机器人田间运动及锄刀避苗锄草等作业问题,阐述了智能锄草机器人系统工作原理,研究了移动机器人平台,平台为四轮驱动、四轮独立转向,可实现运动速度在0～1.5 m/s内连续可调,每组转臂可绕其自身Z轴360°自由旋转.设计了三指手爪锄草机械手,三指公转,其中一指为活动手指可同时自转,锄草机器人工作时两个固定指的割刀连续入土锄草,系统根据机器视觉苗草位置信息,通过控制活动手指的旋转速度与方位角实现瞬时位置调整,进而通过拟合指端旋移曲线即可完成锄草和避苗等作业任务.苗间锄草仿真分析表明,在有效避苗基础上,作物行两侧各布置一组锄草机械手时锄草率可达90％以上. 相似文献
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四轮底盘在小地块水田作业时,减少地头空行转弯时间是提高作业时间利用率的重要环节。为实现四轮底盘小半径转弯,以提高水田播插底盘作业率为主要研究目标,对四轮底盘在90°、180°等不同转弯形式下进行分析,得出适合小地块水稻播插作业时以较小转弯半径的转弯方式;前桥摆转四轮底盘在转向时,通过控制前桥驱动轮的转动,使前驱动桥主动围绕着转向装置转动,可以带动底盘以任意角度转向。采用ADAMS软件对四轮底盘后轮轨迹进行模拟,在确保后轮完全不吃入已完成作业区的倒U转弯方式的情况下,提出设计前桥摆转式四轮底盘转向系统的可行性。 相似文献
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农业信息采集机器人设计及试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
随着农业现代化的不断发展,人们对于精细农田各方面的要求也达到了新的高度,需要将自动化、智能化的设备应用于农业信息采集中。为此,提出一款新型的农业信息采集机器人,主要在农业信息采集机器人的总体结构设计的基础上,对图像采集、温湿度检测及图像处理进行了试验分析与验证。试验结果表明:该机器人可通过自行走的方式来精准探测农田的温湿度,并根据获取的图像了解作物的生长状态。实现了在减少人力消耗、提高效率的前提下,仍得到可靠的数据与图像,为更好的管理农田作业提供了可靠依据。 相似文献
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为提高导航路径识别的鲁棒性和实时性,采用了分区阈值二值化、噪声点搜索及滤波等图像处理方法,并对导航路径进行分区逐段识别;在路径跟踪方面,在获取的导航路径图像中选取远端路径和近端路径,以远端路径和近端路径的方位偏差量作为确定目标路径的依据,使提取的导航参数能适应导航路径的变化。根据四轮智能车辆模型进行路径跟踪仿真计算。在此基础上,采用两块数字信号处理器,对基于路径导航的视觉智能车辆进行了设计和试验验证。试验结果表明采用该方法设计的智能车辆具有较好的路径识别和跟踪控制效果。 相似文献