基于激光雷達的農(nóng)業(yè)自主車輛導航研究.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鍵技術沒有突破，另一方面就是研發(fā)和維護成本偏高。為了實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的自主作業(yè)，農(nóng)業(yè)車輛的自主導航是關鍵部分。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，利用激光雷達傳感器研究農(nóng)業(yè)機器

2、人在有行內距的水杉樹與無行內距的冬青樹中且一側缺失一段距離的情況下的導航性能。水杉樹模擬果園果樹，冬青樹模擬莊稼。根據(jù)激光雷達傳感器獲得的莊稼行信息，機器人控制系統(tǒng)進行導航路徑計算，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)機器人的導航控制，最后進行導航性能試驗。導航性能試驗時首先在走廊進行，然后在水杉樹和冬青樹環(huán)境下進行導航行走試驗。為了實現(xiàn)自主車輛導航，本文完成的工作有下面幾點:
　　1.LMS219-S05型激

3、光雷達的標定與調試
　　通過對導航系統(tǒng)的標定，檢驗激光雷達安裝后的安裝誤差，驗證激光雷達本身的測量誤差;對LMS291-S05型激光雷達進行調試與參數(shù)配置，為下一步數(shù)據(jù)獲取與數(shù)據(jù)處理做準備。
　　2.數(shù)據(jù)的采集與處理
　　激光雷達傳感器通過串口與電腦連接，利用matlab軟件進行數(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)進行處理和分析，得到滿足要求的數(shù)據(jù)。
　　3.自主車輛導

4、航控制研究
　　針對特定的農(nóng)作物，研究相應的定位方法，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行導航路徑擬合。通過模糊控制的方法實現(xiàn)自主車輛導航控制。
　　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軟件中編寫相應程序，把導航控制輸入量命令從上位機發(fā)送到下位機，下位機通過導航控制輸入量得到導航控制輸出量，然后把導航控制輸出量發(fā)送到農(nóng)業(yè)機器人執(zhí)行機構。

5、　　5.試驗及結果分析
　　對自主車輛進行導航試驗，驗證其導航性能。在導航試驗中，進行了室內走廊模擬試驗和室外導航試驗。室外導航試驗時，導航行走試驗以有行內距離水杉樹和無行內距且一側缺失距離為4m的冬青樹為識別目標，進行相應的導航行走試驗。為了驗證導航系統(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行導航試驗，最后對試驗結果進行分析。試驗結果表明多功能農(nóng)業(yè)機器人基本能實現(xiàn)自主導航。