油菜直播機組作業(yè)路徑跟蹤控制與試驗.pdf

1、油菜播種是油菜機械化生產(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)合直播機整機集成程度高，掛載于拖拉機上構(gòu)成直播機組，田間作業(yè)時能夠一次性完成油菜精量播種、旋耕開溝、施肥覆土等環(huán)節(jié)，提高了油菜機播生產(chǎn)效率。然而直播機組對行作業(yè)過程中需要農(nóng)機駕駛員手、腦、腳、眼并用，以保證對播種路徑準(zhǔn)確跟蹤，這對農(nóng)機手體力和經(jīng)驗具有很高要求，開展基于視覺導(dǎo)航技術(shù)的油菜直播機組田間作業(yè)路徑跟蹤的研究對于進一步降低機手勞動強度、提高作業(yè)質(zhì)量、提升機具

2、智能化水平等具有積極意義，本文針對基于視覺的油菜直播機組田間作業(yè)路徑跟蹤控制展開了相關(guān)方面初步的探索和研究，具體研究內(nèi)容總結(jié)如下:
　　(1)設(shè)計了由硬件和軟件組成的油菜直播機組視覺導(dǎo)航系統(tǒng)。硬件部分主要包括工控電腦、工業(yè)相機、NI數(shù)據(jù)采集卡、電源、步進電機等;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界面程序加以實現(xiàn)。整套系統(tǒng)實現(xiàn)了路徑識別、直播機組前輪轉(zhuǎn)向控制、路徑跟蹤與控制等功能

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

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

5、imulink工具箱進行仿真，驗證了設(shè)計的模糊控制器理論上的可行性。
　　(4)設(shè)計了用于控制前輪轉(zhuǎn)向的PD控制器。針對已經(jīng)改造的直播機組步進電機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向特性進行了研究，得知輸入PWM信號在50～900Hz的區(qū)間內(nèi)時，前輪轉(zhuǎn)向角速度隨著頻率的增加而增加，在900Hz時達到最高12.6°/s;由此得到PD控制器控制量的輸出范圍，經(jīng)過試驗調(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)向的控制精度達到0.