長距離柔索測距裝置及農(nóng)機混合定位方法研究.pdf

1、農(nóng)業(yè)機械自動化是中國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重點方向，農(nóng)機田間的自主行走一直是研究的熱點。為了實現(xiàn)農(nóng)機的自主行走，就要對其進行定位，定位是自主行走的前提。農(nóng)機定位，要求做到精度高、價格低。以水稻為例，植株之間行距在200-250mm之間，對農(nóng)機定位提出了很高要求。且田間農(nóng)作物比較小，視覺方式難以識別。本文在考察了差分GPS、視覺定位的基礎(chǔ)上，針對農(nóng)田作業(yè)，考慮到大田作業(yè)的適應(yīng)性，提出了一種基于柔索測距的定位裝置，該裝置可以在大田作業(yè)中展開，目標(biāo)精度達

2、到20mm。
　　本文的研究工作主要有以下幾個方面:
　　(1)柔索長度測量裝置的研究設(shè)計。在柔索測距原理的基礎(chǔ)上研究和設(shè)計了長柔索測量機構(gòu)，使用編碼器實現(xiàn)對柔索長度的測量，最大測量誤差20mm，響應(yīng)頻率是600Hz，編碼器脈沖丟失率最大為0.0025％。研究和設(shè)計了納線機構(gòu)，使得柔索長度可以達到150米，使裝置能適應(yīng)大田農(nóng)機。
　　(2)基于激光測距的緩沖機構(gòu)研究設(shè)計。針對農(nóng)機在田間行走時由路面不平引起的沖擊而帶來的

3、擺動，本文設(shè)計和研究了弛張緩沖機構(gòu)，該機構(gòu)可容納40-200mm范圍內(nèi)的伸縮位移緩沖。在緩沖機構(gòu)中用激光側(cè)距傳感器對緩沖機構(gòu)伸縮位移進行測量，分別在50mm-200mm范圍內(nèi)的長度上每隔50mm測量出四組數(shù)據(jù)，結(jié)果表明50mm時的平均測量長度是53.95mm，最大誤差5mm，平均相對誤差7.9％;200mm時平均測量長度206.51mm，最大誤差10mm，平均相對誤差3.23％。采用卡爾曼濾波的方法對測量的數(shù)據(jù)進行了濾波處理，提高了數(shù)據(jù)

4、平穩(wěn)性，減少了隨機誤差，卡爾曼數(shù)據(jù)濾波后將誤差控制在3％以內(nèi)。
　　(3)測量裝置電氣系統(tǒng)。對樹莓派與Arduino的串口通信和I2C通信進行了研究，分析了兩種通信方式的原理以及在樹莓派和Arduino上的實現(xiàn)方式。在樹莓派和Arduino上實現(xiàn)了12C通信，12C通信的波特率為32KHz。整合柔索了長度測量機構(gòu)和緩沖機構(gòu)，在樹莓派上進行了定位的實驗，結(jié)果表明定位的誤差在20mm以內(nèi)。
　　(4)混合定位方法研究與實驗。為了