田間自走式對行噴霧機器人控制系統(tǒng)設計.pdf

1、農(nóng)藥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中防治病蟲草害的有效手段，在傳統(tǒng)的大田噴桿式噴霧過程中，由于缺少實時追蹤作物行的手段，而采用大流量、寬角度的噴頭對多作物行進行全覆蓋噴霧，使大量農(nóng)藥沉積到行間土壤中，造成嚴重的環(huán)境污染;同時，由于農(nóng)村青年勞動力轉(zhuǎn)移造成農(nóng)村勞動人口缺失以及人工施藥過程中農(nóng)藥對人體造成嚴重的危害，使發(fā)展無人噴霧作業(yè)系統(tǒng)顯得尤為重要。
　　本文基于GPS和機器視覺技術設計了田間自走式對行噴霧機器人，主要研究內(nèi)容與結果如下:
　　

2、(1)搭建了四輪獨立轉(zhuǎn)向機器人移動平臺，具有高地隙特點，采用四對直流電機進行移動平臺運動和轉(zhuǎn)向控制，每個電機由一個單獨的電機驅(qū)動器進行控制，利用增量式編碼器采集電機轉(zhuǎn)速和偏轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)移動平臺運動速度和轉(zhuǎn)向角度的準確控制，解決了二輪轉(zhuǎn)向移動平臺在進行地頭轉(zhuǎn)向時需要較大轉(zhuǎn)向半徑的問題。
　　(2)采用DGPS和電子羅盤構建機器人田間自主導航控制系統(tǒng)，以機器人移動橫向偏差和航向偏差作為輸入量，以機器人轉(zhuǎn)向電機角度作為控制量，基于模糊控

3、制算法實現(xiàn)機器人田間直線導航，試驗表明，機器人直線導航最大誤差11.32cm。
　　(3)基于機器視覺技術設計了噴桿式施藥機對行噴霧控制系統(tǒng)，通過相機獲取作物行RGB圖像，設計了以垂直投影法為基礎的作物行中心線提取算法，提高了處理效率和識別準確性，試驗表明，作物行中心線提取算法平均耗時12.51ms，噴桿橫向偏移量計算誤差小于0.44cm。
　　(4)基于AVR系列單片機ATMega16設計了電動噴桿控制系統(tǒng)，通過RS232

4、串口接收上位機發(fā)送的噴桿橫向偏移量，設計了延時策略和基于位移傳感器的直流推桿電機位置控制方法，實現(xiàn)對電動噴桿位置的精確控制，試驗表明，電動噴桿右移最大誤差0.3cm，左移最大誤差0.5cm。
　　(5)以四輪驅(qū)動農(nóng)用小車為平臺開展了對行噴霧控制實驗室和田間試驗，試驗表明，小車平均速度為0.26m/s時，對傾角為5°、10°和15°的模擬作物行最大對行誤差分別為3.22cm、2.86cm和2.51cm;小車平均速度為0.24m/s時