基于激光雷達(dá)的農(nóng)業(yè)自主車(chē)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(jī)械化生產(chǎn)、精細(xì)化農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求越來(lái)越迫切。農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化作業(yè)是未來(lái)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)的趨勢(shì)，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(jī)械裝備還沒(méi)有真正有效的普及使用，一方面是因?yàn)楹芏嚓P(guān)鍵技術(shù)沒(méi)有突破，另一方面就是研發(fā)和維護(hù)成本偏高。為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的自主作業(yè)，農(nóng)業(yè)車(chē)輛的自主導(dǎo)航是關(guān)鍵部分。為了實(shí)現(xiàn)在莊稼行中農(nóng)業(yè)車(chē)輛自主行走，本文以農(nóng)業(yè)機(jī)器人為平臺(tái)，利用激光雷達(dá)傳感器研究農(nóng)業(yè)機(jī)器

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

3、光雷達(dá)的標(biāo)定與調(diào)試
　　通過(guò)對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)定，檢驗(yàn)激光雷達(dá)安裝后的安裝誤差，驗(yàn)證激光雷達(dá)本身的測(cè)量誤差;對(duì)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(guò)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(xiě)，通過(guò)matlab發(fā)送數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)接收命令，對(duì)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(chē)輛導(dǎo)

4、航控制研究
　　針對(duì)特定的農(nóng)作物，研究相應(yīng)的定位方法，通過(guò)對(duì)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(guò)模糊控制的方法實(shí)現(xiàn)自主車(chē)輛導(dǎo)航控制。
　　4.上位機(jī)與下位機(jī)通訊
　　上位機(jī)與下位機(jī)通過(guò)串口連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，在matlab軟件中編寫(xiě)相應(yīng)程序，把導(dǎo)航控制輸入量命令從上位機(jī)發(fā)送到下位機(jī)，下位機(jī)通過(guò)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(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

5、　　5.試驗(yàn)及結(jié)果分析
　　對(duì)自主車(chē)輛進(jìn)行導(dǎo)航試驗(yàn)，驗(yàn)證其導(dǎo)航性能。在導(dǎo)航試驗(yàn)中，進(jìn)行了室內(nèi)走廊模擬試驗(yàn)和室外導(dǎo)航試驗(yàn)。室外導(dǎo)航試驗(yàn)時(shí)，導(dǎo)航行走試驗(yàn)以有行內(nèi)距離水杉樹(shù)和無(wú)行內(nèi)距且一側(cè)缺失距離為4m的冬青樹(shù)為識(shí)別目標(biāo)，進(jìn)行相應(yīng)的導(dǎo)航行走試驗(yàn)。為了驗(yàn)證導(dǎo)航系統(tǒng)的可行性，在不同試驗(yàn)場(chǎng)景下，機(jī)器人航向偏角為0°，農(nóng)業(yè)機(jī)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(yàn)，最后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。試驗(yàn)結(jié)果表明多功能農(nóng)業(yè)機(jī)器人基本能實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。