【摘要】：智能農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛作業(yè)能夠減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)勞動(dòng)力的依賴(lài),減輕農(nóng)忙季節(jié)農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的工作強(qiáng)度,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率�，F(xiàn)有研究多針對(duì)農(nóng)機(jī)跟蹤參考軌跡的能力,缺少考慮實(shí)際作業(yè)環(huán)境對(duì)農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛的影響,地塊遍歷不僅使用傳統(tǒng)的地頭轉(zhuǎn)向方式,沒(méi)有充分考慮地頭轉(zhuǎn)向?qū)吔缈臻g需求的條件,而且忽略松軟路面對(duì)輪胎作用的影響,大部分研究還停留在技術(shù)研究層面,具體的算法實(shí)際可操作性沒(méi)有得到驗(yàn)證。本文主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)本文首先搭建了智能農(nóng)機(jī)試驗(yàn)平臺(tái),設(shè)計(jì)該平臺(tái)的系統(tǒng)組成,根據(jù)橫向運(yùn)動(dòng)控制的基本要求,設(shè)計(jì)環(huán)境感知系統(tǒng)、多源信息融合系統(tǒng)、路徑規(guī)劃決策系統(tǒng)和橫向控制系統(tǒng)。(2)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)果園實(shí)際環(huán)境進(jìn)行了調(diào)研,針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)果園地塊內(nèi)部及邊界信息的具體情況,對(duì)地塊內(nèi)的遍歷方式及地頭轉(zhuǎn)向方式進(jìn)行了綜合分析,采用當(dāng)前物流行業(yè)熱門(mén)的車(chē)輛路徑問(wèn)題(VRP)數(shù)學(xué)模型,將地塊遍歷問(wèn)題模型化,采用分支定界的方法求解VRP問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了智能農(nóng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)果園的全局路徑規(guī)劃。(3)考慮到行駛路面的松軟特性,對(duì)輪胎與松軟路面之間的相互作用進(jìn)行分析,使用輪胎/松軟路面經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?進(jìn)行輪胎力計(jì)算,為智能農(nóng)機(jī)橫向控制提供依據(jù)。根據(jù)自動(dòng)駕駛橫向控制的要求,以拖拉機(jī)橫向動(dòng)力學(xué)模型和路徑跟蹤誤差動(dòng)力學(xué)模型為預(yù)測(cè)模型,采用模型預(yù)測(cè)控制(MPC)方法設(shè)計(jì)路徑跟蹤控制器,搭建Simulink-Carsim聯(lián)合仿真平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),完成“S”形路徑及“8”字形路徑工況下路徑跟蹤控制算法的仿真驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的控制器能夠?qū)崿F(xiàn)大曲率路徑的地頭轉(zhuǎn)向,并且具有較好的操作穩(wěn)定性。(4)為驗(yàn)證算法的實(shí)際可操作性,課題以黃海金馬404C型拖拉機(jī)為平臺(tái),進(jìn)行了自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的改裝,分別在水泥路面和松軟草地上進(jìn)行了實(shí)車(chē)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的控制器運(yùn)算速度實(shí)時(shí)性程度高,且可以有效地控制智能農(nóng)機(jī)在預(yù)先設(shè)置的期望路徑上自動(dòng)行駛。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：S220
【圖文】：

如圖1-2 所示，分別為 John Deer 公司和 CHN 公司研發(fā)的自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)及智能農(nóng)機(jī)概念車(chē)。中國(guó)對(duì)拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)的研究起步較晚，相對(duì)這些國(guó)家差距還很大。本節(jié)主要介紹

圖 1-3 Carnegie Mellon 大學(xué)自主拖拉機(jī)，Iowa 州立大學(xué)的 Zhang 等人對(duì)糧食車(chē)自動(dòng)駕駛的路徑規(guī)劃一個(gè)以單輛車(chē)卸載多個(gè)聯(lián)合收割機(jī)而不會(huì)中斷聯(lián)合收割機(jī)作業(yè)法可以適應(yīng)任意數(shù)量的組合。該方案可以生成自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)明該方案是可行的[13]。，Illinois 大學(xué)香檳分校對(duì)拖拉機(jī)掛車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了軌跡跟蹤控運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，控制器能夠使拖拉機(jī)掛車(chē)系統(tǒng)精誤差大約在 6.5cm 左右，曲線跟蹤誤差大約為 55cm[14]。

圖 1-3 Carnegie Mellon 大學(xué)自主拖拉機(jī)，Iowa 州立大學(xué)的 Zhang 等人對(duì)糧食車(chē)自動(dòng)駕駛的路徑規(guī)劃一個(gè)以單輛車(chē)卸載多個(gè)聯(lián)合收割機(jī)而不會(huì)中斷聯(lián)合收割機(jī)作業(yè)法可以適應(yīng)任意數(shù)量的組合。該方案可以生成自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)明該方案是可行的[13]。，Illinois 大學(xué)香檳分校對(duì)拖拉機(jī)掛車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了軌跡跟蹤控運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，控制器能夠使拖拉機(jī)掛車(chē)系統(tǒng)精誤差大約在 6.5cm 左右，曲線跟蹤誤差大約為 55cm[14]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2793095