田間自走式對(duì)行噴霧機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).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(shí)時(shí)追蹤作物行的手段，而采用大流量、寬角度的噴頭對(duì)多作物行進(jìn)行全覆蓋噴霧，使大量農(nóng)藥沉積到行間土壤中，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染;同時(shí)，由于農(nóng)村青年勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移造成農(nóng)村勞動(dòng)人口缺失以及人工施藥過程中農(nóng)藥對(duì)人體造成嚴(yán)重的危害，使發(fā)展無(wú)人噴霧作業(yè)系統(tǒng)顯得尤為重要。
　　本文基于GPS和機(jī)器視覺技術(shù)設(shè)計(jì)了田間自走式對(duì)行噴霧機(jī)器人，主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:
　　

2、(1)搭建了四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)，具有高地隙特點(diǎn)，采用四對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向控制，每個(gè)電機(jī)由一個(gè)單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，利用增量式編碼器采集電機(jī)轉(zhuǎn)速和偏轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)向角度的準(zhǔn)確控制，解決了二輪轉(zhuǎn)向移動(dòng)平臺(tái)在進(jìn)行地頭轉(zhuǎn)向時(shí)需要較大轉(zhuǎn)向半徑的問題。
　　(2)采用DGPS和電子羅盤構(gòu)建機(jī)器人田間自主導(dǎo)航控制系統(tǒng)，以機(jī)器人移動(dòng)橫向偏差和航向偏差作為輸入量，以機(jī)器人轉(zhuǎn)向電機(jī)角度作為控制量，基于模糊控

3、制算法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人田間直線導(dǎo)航，試驗(yàn)表明，機(jī)器人直線導(dǎo)航最大誤差11.32cm。
　　(3)基于機(jī)器視覺技術(shù)設(shè)計(jì)了噴桿式施藥機(jī)對(duì)行噴霧控制系統(tǒng)，通過相機(jī)獲取作物行RGB圖像，設(shè)計(jì)了以垂直投影法為基礎(chǔ)的作物行中心線提取算法，提高了處理效率和識(shí)別準(zhǔn)確性，試驗(yàn)表明，作物行中心線提取算法平均耗時(shí)12.51ms，噴桿橫向偏移量計(jì)算誤差小于0.44cm。
　　(4)基于AVR系列單片機(jī)ATMega16設(shè)計(jì)了電動(dòng)噴桿控制系統(tǒng)，通過RS232

4、串口接收上位機(jī)發(fā)送的噴桿橫向偏移量，設(shè)計(jì)了延時(shí)策略和基于位移傳感器的直流推桿電機(jī)位置控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)噴桿位置的精確控制，試驗(yàn)表明，電動(dòng)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(dòng)農(nóng)用小車為平臺(tái)開展了對(duì)行噴霧控制實(shí)驗(yàn)室和田間試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，小車平均速度為0.26m/s時(shí)，對(duì)傾角為5°、10°和15°的模擬作物行最大對(duì)行誤差分別為3.22cm、2.86cm和2.51cm;小車平均速度為0.24m/s時(shí)