拖拉機作業(yè)路徑規(guī)劃與輔助導航系統(tǒng)的研究.pdf

1、河南省及中原地區(qū)的農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)多以中小型農(nóng)機裝備為主，農(nóng)田作業(yè)面積較小，因此廣泛應(yīng)用由中小型拖拉機和作業(yè)機具構(gòu)成作業(yè)機組。在機組的作業(yè)過程中，拖拉機的行駛路徑是否符合農(nóng)機作業(yè)規(guī)范和要求直接影響到農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)整體的質(zhì)量和效率。本文根據(jù)河南地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點并以提高田間作業(yè)的信息化水平為切入點，圍繞拖拉機的田間作業(yè)路徑的規(guī)劃方法和輔助導航駕駛技術(shù)兩個關(guān)鍵問題展開研究試驗，開發(fā)了“拖拉機作業(yè)路徑規(guī)劃與輔助導航系統(tǒng)”，并進行了田間的應(yīng)用試驗。

2、本研究主要包括以下幾個方面：
　　（1）根據(jù)拖拉機的運動學模型將其抽象為剛體，確定了拖拉機的定位基準點和隨體坐標系，從而得到其最小轉(zhuǎn)彎半徑與通過空間等的計算方法；建立大地固定坐標系表示拖拉機的位置和姿態(tài)信息，得到了使用姿態(tài)參數(shù)對位置參數(shù)進行補償以及降低姿態(tài)傳感器系統(tǒng)安裝誤差的計算方法；應(yīng)用高斯投影原理及其正算公式獲得拖拉機平面坐標，闡明了RTK和ARHS設(shè)備的通信協(xié)議內(nèi)容和信息格式。
　?。?）根據(jù)拖拉機典型轉(zhuǎn)彎方式，建立了

3、轉(zhuǎn)彎路徑的數(shù)學解析模型，從而得到轉(zhuǎn)路徑所必需的地頭轉(zhuǎn)彎區(qū)域?qū)挾群蜁r間成本等參數(shù)的計算方法；闡述了使用農(nóng)田邊界形狀以及自定義等多種方式確定直線作業(yè)路徑的方法和流程；提出使用全排列算法確定直線路徑在路徑規(guī)劃方案中的先后順序，通過數(shù)值計算試驗總結(jié)和歸納出直線路徑遍歷順序的規(guī)律。
　?。?）設(shè)計開發(fā)了“拖拉機作業(yè)路徑規(guī)劃與輔助導航系統(tǒng)”應(yīng)用軟件，其功能涵蓋了從采集農(nóng)田地理信息數(shù)據(jù)到規(guī)劃作業(yè)路徑，再到拖拉機輔助導航駕駛等田間作業(yè)的主要環(huán)節(jié)；

4、建立了RTK和ARHS與計算機系統(tǒng)之間的串口通信，根據(jù)通訊協(xié)議解析實現(xiàn)了兩者之間的雙向數(shù)據(jù)通信；設(shè)計開發(fā)了電子地圖和輔助導航交互界面，為駕駛員提供作業(yè)機組的實時位置姿態(tài)和導航駕駛指示參考信息。
　?。?）采用拖拉機作業(yè)路徑規(guī)劃與輔助導航系統(tǒng)軟件在試驗田進行了作業(yè)路徑規(guī)劃試驗和小麥玉米的播種試驗，路徑規(guī)劃試驗數(shù)據(jù)表明軟件系統(tǒng)所生成的路徑規(guī)劃方案中轉(zhuǎn)彎路徑消耗的時間較其他行走方式至少降低50％；小麥玉米的播種試驗數(shù)據(jù)表明：在輔助導航和