联合收获机大曲率路径视觉导航方法

针对联合收获机大曲率路径难检测的问题,在旋转投影直线检测的基础上提出了双切线大曲率路径转弯半径估计算法。基于简化的二轮车运动学模型,在联合收获机机器视觉导航试验平台上,设计了智能控制器,以便根据不同路径选择不同的控制方式。路面与麦田试验结果表明：双切线转弯半径估计算法能够有效地检测曲线路径转弯半径;在小麦正常收获速度下,联合收获机能够跟踪转弯半径大于10m的曲线路径,路面曲线跟踪误差最大值为0.19m,田间曲线边界跟踪过程中割幅变化范围最大为0.29m。     

联合收获机视觉导航控制器设计

设计了一种速度自适应导航控制器。在搭建的联合收获机视觉导航试验平台上，提出了双闭环控制结构，采用PD控制，按照导航路径偏差形式，确定了偏差e的构成，试验得到了增益K、控制周期T与行走速度v的关系，设计了小闭环控制方法，并提出了一种后轮中位动态标定方法。路面与田间试验结果表明：联合收获机能在不同速度下沿路面标示线自动行走，跟踪误差最大为0.05m。在田间不同速度下，联合收获机均能跟踪收获与未收获边界，割幅变化范围在     

基于粒子群算法改进的轮式收获机纯追踪模型的路径跟踪研究

为满足轮式收获机地头收获路径跟踪精度要求，本研究提出了一种基于粒子群改进的带有预测特性的纯追踪路径跟踪算法。建立了轮式收获机运动学模型，推导了基于轮式收获机运动学模型的纯追踪路径跟踪算法。以收获机航向误差和横向误差为基础，构建了带有预测特性的隶属度函数，采用权重系数自适应方法，通过粒子群优化（PSO）算法，实现了实时动态确定最优前视距离。以玉米收获机为试验平台，开展了直线路径跟踪路面试验与“8”字曲线路径跟踪路面实验，试验结果表明：在1.5m/s速度时，直线路径跟踪的最大横向误差为4.39cm，最大航向误差为2.31°。在1m/s时，曲线路径跟踪的最大横向误差为5.24cm，最大航向误差为2.41°。试验结果表明本文设计改进的路径跟踪算法对直线路径及曲线路径都具有良好的路径跟踪效果，满足轮式收获机田间作业要求。     

花生收获机自动驾驶作业系统设计与试验

为提高花生收获机的智能化水平,设计了花生收获机自动驾驶作业系统。以东泰机械4HBL-2型自走式花生联合收获机为平台,针对花生收获机操作台、变速机构和作业机构设计了具有CAN总线接口的手自一体化电控系统,采用PD控制算法和Bang-Bang控制算法实现了行走和作业系统的控制。针对花生收获作业农艺要求,设计了花生收获机联合作业策略、自动导航路径规划和路径跟踪控制方法。以行驶速度0.25m/s在水泥路面和沙质土壤花生地进行了自动驾驶收获作业试验。水泥路面试验结果表明,花生收获机直线跟踪平均绝对偏差为4.34cm,最大偏差为9.30cm;沙质土壤田间试验结果表明,花生收获机直线跟踪平均绝对偏差为5.12cm,最大偏差为12.20cm,满足花生联合收获作业要求。     

联合收获机视觉导航控制系统设计与试验

设计了联合收获机机器视觉导航控制硬件系统,提出了基于直方图的导航路径融合算法,在简化的二轮车运动学模型的基础上,设计了模糊PD控制器.麦田试验结果表明:旋转投影算法配合直方图融合算法能够有效地检测收获与未收获边界线,提高了控制系统的准确性与抗干扰性;在正常小麦收获速度挡位下,割幅变化范围在0.18m以内,在有外界扰动下(人为方向盘扰动),能在2～5s内回到正常的跟踪误差范围内.     

基于机器视觉的谷物联合收获机行走目标直线检测

针对谷物联合收获机视觉导航,提出基于改进Hough变换(HT)的谷物联合收获机行走目标直线检测算法.通过改进一维最大熵阈值分割方法,提高了阈值分割的速度;对二值图像通过行扫描和列扫描,确定了行走目标直线的终点位置以及直线方向上的候选点;以候选点为点集,利用最小二乘直线拟合和直线终点位置确定了待检测直线上已知一点;利用改进HT完成直线检测,与传统的HT相比,将二元映射转换为一元映射,加快了算法速度、减少了空间占用和提高了抗干扰能力.经过对多幅图片的处理,证明算法能够有效地检测出直线参数,且处理时间在100 ms左右.     

基于履带式联合收获机转向特性的局部跟踪路径规划

为降低履带式联合收获机导航路径跟踪转向控制频率和提高控制系统的稳定性,提出了一种预瞄-切线局部跟踪路径动态规划算法。规划的局部跟踪路径由平滑连接的两段弧线组成,第1段圆弧由收获机当前位姿与1/2横向偏差线上的预瞄点确定,第2段圆弧由收获机在1/2横向偏差线的实际位姿与期望路径的几何关系确定;基于收获机实际转向运动特性建立了相适应的转向控制模型,左转、右转控制模型拟合的决定系数R2分别为0.978、0.980。田间直线导航跟踪对比试验表明：当前进速度为0.4、0.8m/s时,横向偏差的标准差分别为0.0489、0.0507m,航向偏差的标准差分别为3.94°、4.66°,转向控制次数分别为19、12次;与传统纯追踪算法相比,横向偏差的标准差分别减小19.04%、31.30%,航向偏差的标准差分别减小25.94%、9.16%,转向控制次数分别减少47.22%、42.86%。本研究可为履带式农机车辆导航控制器设计提供参考。     

水稻联合收获机辅助导航系统关键技术探讨

水稻是我国重要的粮食作物，水稻联合收获机是提高水稻机械化收获的重要装备，工作参数与工作效率直接影响水稻收获质量。在水稻收获过程中根据水稻生长状态，对水稻联合收获机的动态参数，如机器前进速度、割台高度等工作部件参数进行及时调整，提高水稻联合收获机作业效率，实现收获路径优化。针对以上问题，设计一种水稻联合收获机辅助导航系统，并对其关键技术进行研究，如导航技术、信息采集技术与控制技术等，并进行田间验证。研究结果以期为提高水稻联合收获机工作效率，降低驾驶员劳动强度提供一种新的解决途径与方法，对于全面提高农业生产效率具有重要意义。     

基于PID调控的割台仿形高度控制系统的设计

为降低谷物联合收获机收获作业时因割台高度不当造成的粮食损失，减少割茬高度过高对后续播种环节的影响，利用传感器监测地面起伏变化，设计了一种基于PID调控的割台高度自适应控制系统；设计了基于角度传感器的地面仿形监测机构与割台高度反馈机构，标定并拟合出割台高度与传感器电压信号的线性关系；加装集成式电磁比例阀替换原有割台控制电控换向阀，并进行PWM控制试验。同时，分析了整套自适应控制系统的结构与电液控制原理，并进行了多组田间对照试验，结果表明：设计的基于地面仿形的割台高度自适应控制系统具有稳定的响应速度和理想的控制效果，在平原地区作业时相较于传统人工控制割台的方式有明显的优势，能适应平原地形环境下5～11km/h收获作业速度的要求。研究结果为后续无人驾驶谷物联合收获机的研发设计提供了割台装置控制策略的理论依据。     

基于领航-跟随结构的联合收获机群协同导航控制方法

面向联合收获机群协同导航作业需求,提出一种基于领航-跟随结构的收获机群协同导航控制方法。该方法在建立收获机群运动学模型的基础上,结合反馈线性化及滑模控制理论设计了渐进稳定的路径跟踪控制律和队形保持控制律。为验证所提模型及方法的有效性,以4台收获机组成的收获机群为试验平台,进行了机群协同导航控制试验。当速度为1.0 m/s时,领航者的平均跟踪误差为5.81 cm,跟随者的平均跟踪误差为5.93 cm,与单台收获机的导航控制精度相近,验证了所提方法的可行性和有效性。     

高地隙四轮独立驱动喷雾机路径跟踪模型预测控制

针对传统燃油驱动、前轮转向的高地隙喷雾机传动效率低、碳排放高、环境污染、智能化水平低、灵活性差等问题,本研究提出了一种适用于无人驾驶的高地隙四轮独立驱动（Four Wheel Independent Drive,4WID）喷雾机。其采用混合动力、前后双转向桥的4WID,转向半径小,前后轮的运行轨迹高度一致,能够减少田间植保作业时的压苗现象。考虑水田极端作业环境下驱动轮的滑移、陷坑等问题,基于喷雾机线性时变的运动学模型（LTV）,构建了考虑驱动轮滑移的分层路径跟踪控制。上层模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）器根据预期路径、车辆当前位置,获得喷雾机的转向角和运动速度,实现路径跟踪。下层以模糊控制和积分分离PID控制构建驱动轮滑移控制器,从而实现路径跟踪、运动速度、驱动轮滑移的有效控制,提高了喷雾机在复杂作业环境中的稳定性和路径跟踪精度。采用Adams/Matlab的联合仿真结果表明,在复杂的工况条件下,喷雾机驱动轮的滑移率依然控制在±20%之内,防止驱动轮发生过度滑移对车速和转向角产生不良影响,有利于喷雾机稳定性的提升。本喷雾机能够快速准确地跟踪期望路径,与未考虑驱动轮滑移的控制相比,能够适应更加复杂的工作环境,跟踪精度有明显提升。     

自走式油菜收获机关键部件的虚拟设计与仿真分析

为了提高生产效率、减轻劳动强度,根据油菜的种植农艺要求,设计了一种自走式油菜联合收获机。通过割台进行收割,经过可调输送装置进行输送,然后进行脱粒清选,最后进行茎秆的粉碎,完成整个过程的收获。为此,主要对行车部分的前后桥进行三维虚拟设计,并用有限元软件Solid Works Simulation进行仿真分析,可以得出前后桥的应力变化、位移变化以及安全系数的变化。     

车辆转向时牵引力控制系统前轮滑转率算法

车辆转向时.用后轮轮速作为参考车速计算驱动轮滑转率会造成计算偏差,造成牵引力控制系统的误干涉.为此利用前轮参考轮速计算转弯时的前驱动轮滑转率.并提出了利用横摆角速度信号的直接开方法以及利用前轮转角信号的前轮转角补偿法进行滑转率计算.试验表明2种算法都有效,前者运算时间为0.8 ms,后者运算时间为0.3 ms,因而选用后者.利用该算法修正后牵引力控制系统没有出现误干涉.     

联合收割机后轮液压驱动系统设计

从市场调研的实际论述了联合收割机加装后轮液压驱动系统的必要性,并根据改装中积累的实际经验提出了联合收割机加装后轮液压驱动系统需要解决的关键技术和达到的要求,同时根据我国联合收割机行业的现状和广大农村的实际,提出联合收割机加装后轮液压驱动系统是我国收割机行业发展的一种趋势。      

四轮转向汽车操纵动力学仿真分析

基于二自由度汽车模型提出了一种新的有关4W S最优控制的方法,即采用了转向盘前馈加上作用于前后轮的侧偏角和横摆角速度反馈的控制方法,讨论这种控制方法的可控性和可观测性,结合实际参数对4W S系统进行仿真分析并讨论参数Kc对系统的影响,最后提出其发展方向。     

高地隙喷雾机自转向电动底盘控制系统设计与试验

针对传统机械传动式高地隙喷雾机底盘在水田环境行走时容易陷入泥泞和深沟的问题，设计了一种四轮独立电驱动自转向电动底盘。底盘转向机构由可自转向的前后桥构成，根据自转向机构特点，提出了底盘部分动力学建模方法，将未建模动态以及外部扰动合并为总扰动，构建扩张状态观测器（Extended state observer, ESO），实时估计总扰动并进行扰动补偿，再对无扰动的线性模型设计串级比例控制器，进行模型参数辨识与控制验证。仿真结果表明，采用阶跃信号模拟扰动，ESO扰动观测值可在0.5s内收敛到实际扰动；扰动观测器收敛后，当期望转角从0°突加至20°时，得到转角跟踪控制响应曲线的上升时间为1.9s，超调量为2.3%。试验表明，喷雾机以1m/s的速度行驶在平坦路面时，前转向桥转角上升时间为3.1s，后转向桥转角上升时间为2.0s，说明本控制方法具有较好的控制效果；喷雾机在满载的情况下工作在泥泞田间时，可以越过宽20cm、深40cm的泥泞深沟，说明其在田间具有良好的通过性。     

四轮转向汽车操纵稳定性分析研究

汽车的稳定性是影响其行车安全的重要因素,并且越来越受到关注.为了改善汽车的操纵稳定性,进行了四轮转向汽车(4ws)的仿真研究.在建立四轮转向数学模型后,用simulink等仿真模块对前后轮转角成正比关系的四轮转向汽车在双移线性能测试中进行了仿真,分析了前轮转向汽车和不同线性比例的前后轮转向角的四轮转向汽车的车轮转角和汽车的侧偏角,并得出了结论.     

三角履带式甘蔗收割机转向系统的设计与试验

针对我国目前山地甘蔗收割困难、缺乏适用收获装备的问题,设计了三角履带式甘蔗联合收割机转向系统,主要包括后桥、轮桥连接架的设计和转向油缸行程确定。针对关键部件转向后桥和轮桥连接架进行了受力计算与有限元应力分析,对转弯半径进行了计算,并进行了相应的试验。关键零件应力测试试验结果表明:转向后桥的最大静应力为43. 67MPa,动态稳定应力约50MPa,仿真误差为12. 66%;轮桥连接架转向最大静应力158.59 MPa,动态应力为176 MPa,仿真的误差为9. 89%,仿真与实际基本一致。转弯半径试验结果表明:理论转弯半径为6.4m,实际测试时由于车速不同,转弯半径在6.127～6.5m范围内,与理论最大误差4.27%,在可接受范围内,转向系统的设计达到了设计要求。     

轮式AGV纯滚动转向系统设计与无侧滑转向控制研究

为了解决前轮导向AGV的车轮侧滑问题,基于Ackermann转向原理设计了一种变长连杆的双曲柄转向系统。通过推导转向动力学模型,建立了考虑转向阻力矩的左、右前轮转向角闭环控制模型,提出了左、右前轮转向角PID同步控制算法,利用Matlab仿真转向控制模型的动态响应,获得了相关控制参数。以松下PLC为核心,构建了由左前轮转向交流伺服电机、推杆伺服电机、驱动器和编码器组成的AGV转向测控系统,设计了前轮转向系统同步闭环控制流程,实现了满足纯滚动转向原理的左、右前轮转角实时同步控制及转角信息采集。草地路面原地转向及硬质路面S型轨迹转向行驶试验表明,前轮导向AGV转向系统的左、右前轮期望转角与实际转角误差小于0.1°,AGV转向系统近似满足车轮纯滚动无侧滑运动条件,验证了轮式AGV纯滚动转向系统设计和转向控制的正确性与有效性。