基于激光雷達(dá)的農(nóng)業(yè)自主車輛導(dǎo)航研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展、人民生活水平的提高、人口老齡化的加劇，農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)、精細(xì)化農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求越來越迫切。農(nóng)業(yè)機械智能化作業(yè)是未來農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)的趨勢，但是由于農(nóng)業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性和特殊性，智能化農(nóng)業(yè)機械裝備還沒有真正有效的普及使用，一方面是因為很多關(guān)鍵技術(shù)沒有突破，另一方面就是研發(fā)和維護(hù)成本偏高。為了實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的自主作業(yè)，農(nóng)業(yè)車輛的自主導(dǎo)航是關(guān)鍵部分。為了實現(xiàn)在莊稼行中農(nóng)業(yè)車輛自主行走，本文以農(nóng)業(yè)機器人為平臺，利用激光雷達(dá)傳感器研究農(nóng)業(yè)機器

2、人在有行內(nèi)距的水杉樹與無行內(nèi)距的冬青樹中且一側(cè)缺失一段距離的情況下的導(dǎo)航性能。水杉樹模擬果園果樹，冬青樹模擬莊稼。根據(jù)激光雷達(dá)傳感器獲得的莊稼行信息，機器人控制系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航路徑計算，確定機器人的橫向偏差與航向偏角，然后利用模糊控制算法實現(xiàn)機器人的導(dǎo)航控制，最后進(jìn)行導(dǎo)航性能試驗。導(dǎo)航性能試驗時首先在走廊進(jìn)行，然后在水杉樹和冬青樹環(huán)境下進(jìn)行導(dǎo)航行走試驗。為了實現(xiàn)自主車輛導(dǎo)航，本文完成的工作有下面幾點:
　　1.LMS219-S05型激

3、光雷達(dá)的標(biāo)定與調(diào)試
　　通過對導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定，檢驗激光雷達(dá)安裝后的安裝誤差，驗證激光雷達(dá)本身的測量誤差;對LMS291-S05型激光雷達(dá)進(jìn)行調(diào)試與參數(shù)配置，為下一步數(shù)據(jù)獲取與數(shù)據(jù)處理做準(zhǔn)備。
　　2.數(shù)據(jù)的采集與處理
　　激光雷達(dá)傳感器通過串口與電腦連接，利用matlab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理程序編寫，通過matlab發(fā)送數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)接收命令，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得到滿足要求的數(shù)據(jù)。
　　3.自主車輛導(dǎo)

4、航控制研究
　　針對特定的農(nóng)作物，研究相應(yīng)的定位方法，通過對農(nóng)作物信息提取，完成了農(nóng)作物定位研究。利用最小二乘法原理進(jìn)行導(dǎo)航路徑擬合。通過模糊控制的方法實現(xiàn)自主車輛導(dǎo)航控制。
　　4.上位機與下位機通訊
　　上位機與下位機通過串口連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，在matlab軟件中編寫相應(yīng)程序，把導(dǎo)航控制輸入量命令從上位機發(fā)送到下位機，下位機通過導(dǎo)航控制輸入量得到導(dǎo)航控制輸出量，然后把導(dǎo)航控制輸出量發(fā)送到農(nóng)業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)。

5、　　5.試驗及結(jié)果分析
　　對自主車輛進(jìn)行導(dǎo)航試驗，驗證其導(dǎo)航性能。在導(dǎo)航試驗中，進(jìn)行了室內(nèi)走廊模擬試驗和室外導(dǎo)航試驗。室外導(dǎo)航試驗時，導(dǎo)航行走試驗以有行內(nèi)距離水杉樹和無行內(nèi)距且一側(cè)缺失距離為4m的冬青樹為識別目標(biāo)，進(jìn)行相應(yīng)的導(dǎo)航行走試驗。為了驗證導(dǎo)航系統(tǒng)的可行性，在不同試驗場景下，機器人航向偏角為0°，農(nóng)業(yè)機器人中心線與作物中心線不重合的條件下進(jìn)行導(dǎo)航試驗，最后對試驗結(jié)果進(jìn)行分析。試驗結(jié)果表明多功能農(nóng)業(yè)機器人基本能實現(xiàn)自主導(dǎo)航。