树冠环绕式仿形对靶施药机设计与试验

针对树冠横切面形状引起施药机喷头与树冠间距发生动态变化从而导致树冠内、外和两侧、中部等区域喷药量不均匀、较多药液喷洒在无效空间区域的问题,该研究提出一种基于激光雷达树干定位的树冠环绕式仿形对靶喷药方式。首先,基于喷头环绕树冠的运动需求,设计对称交叉布置的两自由度仿形机构,并建立喷头运动学模型,采用基于二环PID算法对喷杆伸缩和喷头旋转进行精准控制,通过匹配施药机前进速度实现喷头半圆和多边形轨迹仿形控制;然后采用平面激光雷达对树干高度的水平面进行扫描,提出基于DBSCAN(dnsity-based spatial clustering of applications with noise)密度聚类和3点树干形状拟合的树干动态识别和定位方法;再次,在FreeRTOS框架下搭建双层控制系统,对树干定位感知、动态喷头仿形轨迹控制、数据通信和操控交互等多任务进行并行处理,实现基于激光雷达树干位置信息的喷头动态伺服仿形控制。最后,以雾滴沉积量、雾滴密度、药液覆盖率和雾滴体积中值直径作为量化指标,在树冠不同区域布置10个检测点,对环绕式和定距施药开展6组对比试验。雾滴结果表明,树干纵向和横向定位误...     

基于虚拟探照灯的离合制动履带底盘寻径跟踪

油动履带底盘由于具有成本低、技术成熟、动力充足、续航能力强、维修便捷等特点而被广泛应用于农业生产,但其操控精度低、振动严重等问题对其应用造成挑战。该研究以农用油动履带底盘为对象,根据共性传动结构提出离合制动式履带底盘,并以STM32F303作为主控器搭建基于实时动态差分全球导航卫星系统（real-time kinematic global navigation satellite system,RTK-GNSS）的自动导航系统,建立其运动学模型,提出一种改进模糊式预瞄控制算法—虚拟探照灯寻径跟踪（virtual searchlight pathfinding tracking,VSPT）算法。针对横向偏差和速度变化引起的跟踪振荡问题,提出基于横向偏差指数的视域角动态调整方法和基于行驶速度的虚拟目标点判断方法,并通过仿真和试验验证算法的有效性。仿真结果表明,在底盘前进速度0.4 m/s时,横向偏差指数λ,视域增益k₁和目标增益k₂取值为1/4,0.005 rad·m和6 s^-1时可获得较好的导航效果。现场试验结果表明,在水泥路面下, 6种不同初始位姿下,直线导航平均上线距离为1.64 m,平均横向偏差和航向偏差为0.44 cm和1.57°;行驶速度提高会导致导航精度降低,适当修正k₁、k₂可维持较好的导航效果,3种行驶速度下获得的平均横向和航向偏差分别为0.75 cm和1.05°,平均纠偏次数为4.7次;田间路况下,由于土路附着系数增加,转向相对平稳,纠偏次数降低至2.7次,相同参数时2种路况下的导航效果接近。研究表明,VSPT算法针对离合制动式履带底盘具有良好的跟踪效果和路况适应性,该研究可为离合制动履带平台提供一种高效、稳定的导航控制方案。