油菜直播機(jī)組作業(yè)路徑跟蹤控制與試驗(yàn).pdf

1、油菜播種是油菜機(jī)械化生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，課題組研發(fā)的2BFQ-6型油菜精量聯(lián)合直播機(jī)整機(jī)集成程度高，掛載于拖拉機(jī)上構(gòu)成直播機(jī)組，田間作業(yè)時(shí)能夠一次性完成油菜精量播種、旋耕開(kāi)溝、施肥覆土等環(huán)節(jié)，提高了油菜機(jī)播生產(chǎn)效率。然而直播機(jī)組對(duì)行作業(yè)過(guò)程中需要農(nóng)機(jī)駕駛員手、腦、腳、眼并用，以保證對(duì)播種路徑準(zhǔn)確跟蹤，這對(duì)農(nóng)機(jī)手體力和經(jīng)驗(yàn)具有很高要求，開(kāi)展基于視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)的油菜直播機(jī)組田間作業(yè)路徑跟蹤的研究對(duì)于進(jìn)一步降低機(jī)手勞動(dòng)強(qiáng)度、提高作業(yè)質(zhì)量、提升機(jī)具

2、智能化水平等具有積極意義，本文針對(duì)基于視覺(jué)的油菜直播機(jī)組田間作業(yè)路徑跟蹤控制展開(kāi)了相關(guān)方面初步的探索和研究，具體研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下:
　　(1)設(shè)計(jì)了由硬件和軟件組成的油菜直播機(jī)組視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)。硬件部分主要包括工控電腦、工業(yè)相機(jī)、NI數(shù)據(jù)采集卡、電源、步進(jìn)電機(jī)等;軟件部分在Windows7操作系統(tǒng)下采用VS2012使用C++結(jié)合OpenCV編寫MFC界面程序加以實(shí)現(xiàn)。整套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了路徑識(shí)別、直播機(jī)組前輪轉(zhuǎn)向控制、路徑跟蹤與控制等功能

3、。
　　(2)提出了一種結(jié)合改進(jìn)隨機(jī)抽樣一致性算法（RANSAC）和最小二乘法的油菜直播機(jī)對(duì)行作業(yè)田間路徑識(shí)別算法。首先，為了在大尺度低分辨率下觀察田間路徑宏觀輪廓，對(duì)灰度化后的圖像進(jìn)行提升小波變換。然后利用直播機(jī)組已播種區(qū)與未播種區(qū)圖像對(duì)比度大的特點(diǎn)獲取路徑特征點(diǎn)集。最后通過(guò)結(jié)合預(yù)檢驗(yàn)和后處理校正的改進(jìn)隨機(jī)抽樣一致性算法，區(qū)分特征點(diǎn)集的內(nèi)外點(diǎn)，并對(duì)內(nèi)點(diǎn)集運(yùn)用最小二乘法進(jìn)行田間路徑直線擬合，獲取圖像路徑參數(shù)。田間圖像測(cè)試表明:該方

4、法可以適用于直播機(jī)組自動(dòng)對(duì)行作業(yè)路徑識(shí)別，識(shí)別正確率在90％以上，每幀圖像處理時(shí)間在55ms以內(nèi)。
　　(3)設(shè)計(jì)了用于路徑跟蹤控制的模糊控制器。首先根據(jù)相機(jī)針孔成像模型得到了實(shí)際路徑與圖像檢測(cè)路徑之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，然后結(jié)合直播機(jī)組簡(jiǎn)化二輪阿克曼轉(zhuǎn)向模型，分析了圖像檢測(cè)路徑在直播機(jī)靠近與遠(yuǎn)離田間路徑時(shí)的變化規(guī)律，最后在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了根據(jù)圖像路徑變化信息推測(cè)直播機(jī)組位姿變化的模糊控制器用于直播機(jī)組路徑跟蹤與控制，并通過(guò)MATLAB的S

5、imulink工具箱進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的模糊控制器理論上的可行性。
　　(4)設(shè)計(jì)了用于控制前輪轉(zhuǎn)向的PD控制器。針對(duì)已經(jīng)改造的直播機(jī)組步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向特性進(jìn)行了研究，得知輸入PWM信號(hào)在50～900Hz的區(qū)間內(nèi)時(shí)，前輪轉(zhuǎn)向角速度隨著頻率的增加而增加，在900Hz時(shí)達(dá)到最高12.6°/s;由此得到PD控制器控制量的輸出范圍，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)調(diào)試后，確定控制器系數(shù)P=250，D=80，控制周期T=40ms，前輪轉(zhuǎn)向的控制精度達(dá)到0.