自动驾驶拖拉机轨迹跟踪研究

为解决自动驾驶拖拉机的轨迹跟踪问题,本文以东风954拖拉机为原型,建立二自由度运动学模型,推导出线性化自动驾驶拖拉机跟踪误差模型,提出一种基于模型预测控制的轨迹跟踪方法。通过Matlab对轨迹跟踪进行仿真,并在现场对系统进行试验。仿真结果表明AB线的入线性能良好,入线后直线度偏差较小。现场试验表明前进和倒车时,与参考轨迹线距离相同时,速度越快,入线米数越远。在不同车速、车身与参考轨迹成不同角度时,入线后跟踪轨迹与参考轨迹的偏差都在1 cm以内,证明该控制器可行,具有良好的精确性和稳定性。     

拖拉机自动驾驶系统的研究

主要论述拖拉机自动驾驶在农业中应用的必要性以及国内外拖拉机自动驾驶的发展,依据学校211重点实验室建设项目针对铁牛654拖拉机搭建拖拉机自动驾驶平台,论述了平台的硬件组成及工作原理和基于GPS/IMU定位与导航的控制策略。     

一种拖拉机自动驾驶复合模糊控制方法

论述了拖拉机自动驾驶在农业中应用的必要性及其控制参数的选择,建立了拖拉机自动驾驶横向控制的力学模型,提出了一种用于拖拉机自动驾驶的复合模糊控制方法,设计了模糊控制规则,用Simulink对复合模糊控制方法进行了仿真验证。结果表明,所提出的方法和规则用于拖拉机自动驾驶是可行的。     

拖拉机自动驾驶监控系统软件设计

随着农业装备机械化、自动化水平的提高,推广和应用拖拉机自动驾驶技术,对提高大田耕作精度与效率,降低劳动强度具有重要意义。为此,基于Win CE嵌入式智能终端、多线程技术及CAN总线技术,在研究拖拉机自动驾驶工作原理的基础之上,设计了拖拉机自动驾驶监控软件系统,采用AB直线路径规划方法,能实时接收、显示和保存导航信息和控制拖拉机运行状态。试验测试结果表明:该系统运行稳定、通信可靠、系统实时性高,系统路径规划方法设计合理,接行相对测量误差的绝对平均值为9.7cm。     

卫星定位导航与拖拉机自动驾驶系统在昌吉市的实践应用

近年来,在土地整合连片种植以及大型农业机械广泛使用的背景下,昌吉市大力推广应用卫星定位导航和拖拉机自动驾驶系统,使农机作业质量得到空前提高,有力推动了当地农业现代化的发展。     

NF-752型履带式拖拉机自动驾驶系统

为了提高自动驾驶系统对车身纵向速度和滑移工况等影响因素的自适应能力,提出了一种基于航向预估模型的路径跟踪控制算法。首先对NF-752型履带式拖拉机进行适应性改造,将其手动转向机构和无级变速机构改造为大扭矩舵机控制,通过绝对值编码器测量两侧履带转速,利用RTK-GNSS定位系统测量车辆地理位置和车身速度,结合车载计算机和底层控制器搭建了自动驾驶系统试验平台。然后以车身速度和两侧履带速度为状态变量,考虑履带滑移率建立了航向预估控制模型,进而提出了一种基于航向预估模型的路径跟踪控制方法。最后在沥青路面分别以低速（1 km/h）、中速（5 km/h）和高速（9 km/h）进行了直线路径跟踪试验,结果显示,在不同作业速度条件下,路径跟踪误差无明显差异,最大跟踪误差为-2.00 cm,标准差为0.93 cm。进行了田间曲线路径跟踪试验,结果显示,当拖拉机以6 km/h速度跟踪曲线路径时,跟踪误差优于10 cm,在滑移区域无明显误差增大现象。试验表明,提出的航向预估控制方法对作业速度有较好的适应性,一定程度上克服了滑移现象对控制精度的影响,可满足履带拖拉机耕整地作业精度要求。      

拖拉机自动驾驶转向轮角检测方法

以雷沃M904-D型轮式拖拉机为研究平台,采用WYH-3型无触点角度传感器,研究了轮式拖拉机转向轮角的标定和检测方法。介绍了拖拉机转向轮角度传感器的安装方法;采用带标度的转盘标定了角度传感器与拖拉机转向轮角之间的关系,标定结果表明,两者线性关系显著,相关系数超过0. 99。对轮角测试中存在的误差进行分析,提出基于最小二乘原理的转向轮角零位偏差估计方法,以估计车轮相对零位偏差。路径跟踪试验结果表明,其横向跟踪偏差的绝对值极值为2. 74 cm,偏差绝对值的平均值为0. 49 cm,标准差为0. 58 cm。提出的轮式拖拉机转向轮角测量模型在路径跟踪控制应用中表现出较好的效果,验证了转向轮角测试方案的可行性与准确性。     

新疆沙湾县拖拉机GPS自动驾驶系统优势显著

随着现代农业的发展,精准农业已成为合理利用农业资源、提高农作物产量、降低生产成本、改善生态环境的一种重要的现代农业生产形式. 近年来,新疆维吾尔自治区沙湾县进一步加大农机科技推广力度,加快成果转化,实施精准农业工程.2013年,沙湾县通过农机合作社引进拖拉机GPS自动驾驶系统.该系统作为精准农业的有效载体,通过GPS基准站和拖拉机车顶安装的卫星定位组件接收实时、高精度的车辆当前位置、速度等信息数据,并提供给安装在驾驶室内的控制器组件,由控制器组件将修正偏差数据传递给高精度电动方向盘组件,进行合理的转向调整,最终实现自动控制.     

拖拉机自动驾驶路径规划算法研究与系统仿真

拖拉机无人驾驶与自动导航可有效解决人工操作存在的诸多问题,同时推进了作业方式的智能化进程。提出了一种用于拖拉机自动路径规划的算法,分析了算法实现的关键问题,并进行了算法的系统仿真。该算法可针对不同的拖拉机宽幅及转弯半径自动生成作业路径,为拖拉机无人驾驶和自动导航的实现提供了理论支持。     

移动机器人平滑JPS路径规划与轨迹优化方法

针对目前路径规划方法存在的平滑性和效率问题,在JPS算法基础上提出了兼顾平滑性与搜索效率的路径规划方法,并利用多项式进行了轨迹优化。首先,提出2个优化目标对路径序列进行优化处理;然后,对JPS搜索规则进行改进,得到更多有价值的路径,并对每条路径进行平滑处理,再以一定规则进行选择;最后,使用多段高阶多项式对所得路径进行轨迹优化,研究时间分配问题,从而加快迭代效率。通过仿真实验和与其他算法的对比证明了本文方法的可行性和有效性。结果表明,在不同障碍物密度环境下,本文路径规划方法得到了平滑性良好的路径,相对平滑后处理JPS,长度减少了0.48%~1.80%,总转折角减少了16.93%~52.75%,利用余弦函数进行时间分配加快了轨迹优化的迭代效率,通过实验验证得到了良好的效果。     

拖拉机行驶路径的多项式设计

车辆的自动行驶控制主要包括轨道设计和沿着所给轨道行驶的追踪控制两个方面。为此,采用多项式函数进行了拖拉机从起始位置向目标位置行驶的行驶路径设计。其优点是：计算时问短,能够保证拖拉机自动行驶控制时的实时控制;转向角函数具有高阶连续可导函数,便于实现连续和平滑控制。     

基于分步迁移策略的苹果采摘机械臂轨迹规划方法

针对非结构化自然环境使基于深度强化学习的采摘轨迹规划训练效率低的问题,提出了基于分步迁移策略的深度确定性策略梯度算法(DDPG),并进行了苹果采摘轨迹规划。首先,提出了基于DDPG的渐进空间约束分步训练策略;其次,利用迁移学习思想,将轨迹规划的最优策略由无障碍场景迁移到单一障碍场景、由单一障碍场景迁移到混杂障碍场景;最后,对多自由度苹果采摘机械臂进行了采摘轨迹规划仿真实验,结果表明,分步迁移策略能够提高DDPG算法的训练效率与网络性能,仿真实验验证了本文方法的有效性。     

农业物料移运机器人协同作业时间最优轨迹规划方法

为了解决机器人将农产品从收获场所转移到仓库或运输车辆存在的移动轨迹和作业轨迹相对独立且耗时长的问题,本文设计一种物料移运机器人,并提出一种物料移运机器人协同作业时间最优轨迹规划方法,获得机器人作业系统和行驶系统协同作业的时间最优轨迹。该方法建立机器人协同作业的运动学模型和动力学模型,对物料移运机器人开展时间最优轨迹规划,并基于Lyapunov理论设计控制律减少跟踪误差,最后通过Matlab/Simulink和ADAMS联合仿真验证方法的有效性。结果表明,提出的轨迹规划方法可使机器人在抓放料协同作业和避障协同作业中取得平滑且时间最优的运动轨迹,机器人各关节的位移、速度、加速度、力/力矩曲线变化平缓,两履带牵引力满足机器人的要求且可快速稳定跟踪时间最优路径。     

多约束条件下某智能飞行器航迹快速规划

以某智能飞行器为研究对象,研究复杂环境下航迹快速规划.为校正系统结构限制所带来的定位误差,使得智能飞行器能按照预定的航迹完成任务,基于多约束条件最优化理论,采用遗传算法扩展而来的NSGA-Ⅱ(非支配排序遗传算法)算法进行航迹规划.结果表明,基于NSGA-Ⅱ,使用交叉行为和变异行为将初始解进一步筛选优化并最终得到最优解....     

基于多岛遗传算法的电动拖拉机分布式驱动系统优化设计与试验

针对分布式驱动电动拖拉机（Distributed drive electric tractor,DDET）牵引效率低、系统能量损耗大的问题,提出了一种基于多岛遗传算法（Multi-island genetic algorithm,MIGA）的分布式驱动系统参数优化设计与验证方法。根据犁耕作业工况,建立了拖拉机分布式驱动系统7自由度耦合动力学模型以及轮胎-土壤交互模型,完成了驱动系统关键部件参数设计和匹配选型。提出基于MIGA的前后轮边传动比参数优化策略,将轮边传动比作为决策变量,驱动系统能量损失最小为优化目标,驱动电机功率和转速为约束条件。搭建Matlab/Simulink-NI PXI联合仿真平台验证了参数优化策略的正确性和实时可执行性。结果表明,基于MIGA参数优化后的分布式驱动系统各方面性能得到了有效提升。犁耕循环工况下,拖拉机平均牵引力为10.610N,最大牵引功率为31.25kW;平均效率提升了0.38%,驱动电机能耗降低了7.53%。本研究可为分布式驱动电动拖拉机优化设计和系统控制提供理论基础和验证方法。     

轮式拖拉机挂车制动系统的研究

论述了我国拖拉机挂车机组配备制动系统的现状,拖拉机挂车机组制动系统直接影响其行车安全,经过长期研究和实践证明,得到最佳方案是:小功率轮式拖拉机挂车机组配备动力气压制动系统;大中等功率的轮式拖拉机挂车机组配备动力气压或动力液压制动系统。     

基于驱动效率的四驱拖拉机驱动系统优化设计

四轮驱动拖拉机设计时,需要综合考虑前后轴上轴荷分配、驱动力分配对驱动效率的影响,目前的设计方法多采用经验法进行配重,无法适应农用拖拉机不同工况的需求。为此,针对拖拉机在犁耕工况下,会产生轴荷转移问题,分析了轴荷变化对四驱拖拉机驱动效率的影响,并以固定速比四轮驱动结构为研究对象,提出了一种以驱动效率为目标函数的优化方法,使用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行优化求解,旨在为设计四驱农用拖拉机驱动系统提供一种新的思路。     

基于最优控制策略的复杂环境移动机器人轨迹规划

复杂环境下移动机器人轨迹规划由于障碍物放置杂乱且无规律,常常面临避障失败的问题。本文将机器人的轨迹规划归结为优化问题,提出了一种基于优化策略的轨迹规划方法。该方法包括3部分：首先,对优化问题的约束建模,包括机器人的运动学模型、变量极值约束、障碍物避碰模型;然后,建立优化求解策略,通过决策变量区间均分、内置插值点和基于拉格朗日多项式的变量描述方式进行离散化,针对离散化导致的约束失效对变量进行等距时间离散并建立惩罚函数,从而实现有效避障;最后,基于随机分形搜索算法对上述优化模型进行求解。仿真结果表明,本文所述方法可以有效解决移动机器人在复杂环境下的障碍物避碰问题。     

多约束条件下的无人机轨迹快速规划

多约束条件下无人机轨迹快速规划是无人机航迹规划的重要内容.通过构造无人机在定位误差约束下的数学模型,结合航迹点和转弯半径推导出空间圆弧轨迹方程,利用贪心算法对无人机的航迹进行快速规划,结合软件仿真得到飞行过程中的最优航迹方案,为应用仓储物流路径规划领域以及车辆无人驾驶目标路径规划提供了思路.