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

1、河南省及中原地區(qū)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)多以中小型農(nóng)機(jī)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(jī)和作業(yè)機(jī)具構(gòu)成作業(yè)機(jī)組。在機(jī)組的作業(yè)過程中，拖拉機(jī)的行駛路徑是否符合農(nóng)機(jī)作業(yè)規(guī)范和要求直接影響到農(nóng)業(yè)機(jī)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(diǎn)并以提高田間作業(yè)的信息化水平為切入點(diǎn)，圍繞拖拉機(jī)的田間作業(yè)路徑的規(guī)劃方法和輔助導(dǎo)航駕駛技術(shù)兩個(gè)關(guān)鍵問題展開研究試驗(yàn)，開發(fā)了“拖拉機(jī)作業(yè)路徑規(guī)劃與輔助導(dǎo)航系統(tǒng)”，并進(jìn)行了田間的應(yīng)用試驗(yàn)。

2、本研究主要包括以下幾個(gè)方面：
　?。?）根據(jù)拖拉機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型將其抽象為剛體，確定了拖拉機(jī)的定位基準(zhǔn)點(diǎn)和隨體坐標(biāo)系，從而得到其最小轉(zhuǎn)彎半徑與通過空間等的計(jì)算方法；建立大地固定坐標(biāo)系表示拖拉機(jī)的位置和姿態(tài)信息，得到了使用姿態(tài)參數(shù)對(duì)位置參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償以及降低姿態(tài)傳感器系統(tǒng)安裝誤差的計(jì)算方法；應(yīng)用高斯投影原理及其正算公式獲得拖拉機(jī)平面坐標(biāo)，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(jī)典型轉(zhuǎn)彎方式，建立了

3、轉(zhuǎn)彎路徑的數(shù)學(xué)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(shí)間成本等參數(shù)的計(jì)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(jì)算試驗(yàn)總結(jié)和歸納出直線路徑遍歷順序的規(guī)律。
　　（3）設(shè)計(jì)開發(fā)了“拖拉機(jī)作業(yè)路徑規(guī)劃與輔助導(dǎo)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(jī)輔助導(dǎo)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的串口通信，根據(jù)通訊協(xié)議解析實(shí)現(xiàn)了兩者之間的雙向數(shù)據(jù)通信；設(shè)計(jì)開發(fā)了電子地圖和輔助導(dǎo)航交互界面，為駕駛員提供作業(yè)機(jī)組的實(shí)時(shí)位置姿態(tài)和導(dǎo)航駕駛指示參考信息。
　?。?）采用拖拉機(jī)作業(yè)路徑規(guī)劃與輔助導(dǎo)航系統(tǒng)軟件在試驗(yàn)田進(jìn)行了作業(yè)路徑規(guī)劃試驗(yàn)和小麥玉米的播種試驗(yàn)，路徑規(guī)劃試驗(yàn)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(shí)間較其他行走方式至少降低50％；小麥玉米的播種試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：在輔助導(dǎo)航和