大型平移式喷灌机分布式级联协同导航控制方法

针对大型平移式喷灌机协同导航控制系统中存在的易偏离导航路径、跨间行走协同性差、喷灌均匀性不高等问题,提出了一种分布式级联协同导航控制方法。该方法在建立大型喷灌机多塔车运动学模型的基础上,结合状态反馈和PID控制,设计了主塔车为主机的路径导航控制算法以及子塔车为从机的级联同步跟随控制算法。并设计了基于该方法的协同导航控制系统,通过双天线RTK定位模块获得各塔车的实时姿态,通过变频调速技术实现各塔车运动姿态的控制。完成了变频控制的大型喷灌机设计,在河南省许昌市试验基地进行了协同导航试验。试验结果表明,喷灌机以不同速度协同导航行走时,主塔车最大横向偏差不大于3.26cm,最大航向偏差不大于1.65°;子塔车最大同步偏差不大于13.07cm,满足田间自主作业要求。     

太阳能渠道式喷灌机自主导航研究

以自行研制的太阳能渠道式多喷头喷灌机为试验平台,利用偏角传感器和电子罗盘进行农业机械装备的自动导航研究。增加了喷灌机精准灌溉控制系统、喷洒域可控系统,实现了喷灌机的自动控制。根据偏角传感器、电子罗盘和车轮转速传感器获取的喷灌机姿态信息,构建了喷灌机自主导航模糊控制器。喷灌机通过调节两侧驱动轮转速差的方式实现转向闭环控制,完成了喷灌机沿渠道的自动行走,并进行了导航跟踪试验。试验结果表明,喷灌机在以0.5 m/min和1.0 m/min速度进行自主导航过程中均能消除横向偏差,具有一定的精度和可靠性,可满足喷灌机作业使用要求。     

合众思壮精准农业解决方案 让您的农机保持完美路径

正"合众思壮壁虎"北斗GNSS导航自动驾驶系统是合众思壮公司推出的高端农机自动驾驶系统产品。该系统将北斗多频RTK技术与车辆自动驾驶技术相结合,通过精确测量车辆的位置、航向和姿态,控制液压系统自动调整车辆转向角度,使车辆根据用户需求严格的保持直线、设定曲线或自动规划路径行驶。"合众思壮壁虎"在大大提高农机作业效率的同时,还能够保证耕地、播种、喷洒和收割等农田重复作业的厘米级精度,降低车辆驾驶员的劳     

太阳能平移式喷灌机行走驱动系统配置与性能研究

对太阳能平移式喷灌机的行走驱动系统进行方案设计与理论计算,比较不同工况下喷灌机行走所需驱动功率,确定机组在不同工况下的驱动电机选型与光伏配置。该研究以一日累计作业时间为太阳能驱动平移式喷灌机的技术评价指标,预测陕西关中及宁夏地区晴天和阴天或雾霾天气下的机组续航能力;并得到各工况下喷灌机行走速度和行走坡度与一日累计工作时间的关系:一日累计作业时间随机组运行速度的提高与爬坡角度的增大而降低;相同工况下,晴天一日累计作业时间为阴天或雾霾天气的1.5倍。研究结果表明,以独立光伏发电系统作为平移式喷灌机的驱动能源是可行的,能够满足机组日常行走作业的需求。该研究结果可为太阳能平移式喷灌机行走驱动系统方案设计提供参考。     

四轮转向喷杆喷雾机平移换行导航控制系统设计与试验

针对传统喷杆喷雾机在转弯、换行过程中调头空间有限、转向半径大、易碾压作物等问题，提出了一种可利用车辆平行移动来实现换行作业的控制方法。基于平移换行方式设计了四轮转向喷杆喷雾机的导航控制系统，该控制系统采用RTK(Real time kinematic)定位模块和姿态传感器进行组合导航，以喷雾机位置信息和姿态信息作为输入，在四轮转向运动学模型基础上，结合运动学解算实现了喷杆喷雾机非转弯调头换行的自动导航跟踪控制，根据喷雾作业要求设计了基于有限状态机的自动作业策略。开展了传统PID(Proportion integration differentiation)控制器与单神经元PID控制器的实地对比测试。在常规方形硬质平整地块试验时，搭载常规PID控制器的喷雾机在平移换行过程中的最大跟踪偏差、平均绝对偏差为7.63、4.27 cm,而搭载单神经元PID控制器的喷雾机在平移换行过程中的的最大跟踪偏差、平均绝对偏差为6.48、3.24 cm。在常规方形田间地块试验时，搭载常规PID控制器的喷雾机在平移换行过程中的最大跟踪偏差、平均绝对偏差为11.01、6.66 cm,而搭载单神经元PID控制器的...     

北斗导航农机作业面积管理系统设计与试验

针对农机精准作业规模化管理与农机作业服务计费需要准确的农机作业面积,设计北斗导航农机作业面积管理系统,其中包括北斗导航农机作业面积管理终端和北斗导航农机作业面积管理平台,实现农机作业面积测量与管理。基于北斗卫星导航定位系统、北斗地基增强系统及ARM32位Cortex-M3处理器设计并开发管理终端,采集农机作业位置信息;同时采用C#、JAVA语言及SQL Server 2008数据库设计并开发前后端分离结构的管理平台,实现农机作业监控、面积测量、数据统计等功能。通过田间试验,检验管理终端定位误差和管理平台面积测量精度。试验结果表明,该系统能够实现农机工作时间、工作地点、作业面积、作业轨迹等信息实时记录和回放。北斗导航农机作业面积管理终端水平定位误差仅为2.7 cm,作业面积平均测量误差为1.818%。该系统能够精准测量农机作业面积。     

圆形喷灌机喷头配置技术与软件研究

以圆形喷灌机均匀喷灌水深为目标,建立了主输水管喷头间距不相等条件下喷头配置数学模型,提出了全部使用、不使用及部分使用压力调节器3种工况下的喷头配置技术方案,构建了基于SQL Server的圆形喷灌机低压喷头、压力调节器、机组桁架等零部件结构及性能参数数据库,并开发了可实现圆形喷灌机喷头配置和机组水力性能预测的专业软件.DYP-249型圆形喷灌机应用该软件实现了D3000喷头配置,配置的入机总流量与理论值的相对误差小于1.1％;根据配置结果进行了田间试验,结果表明沿主输水管方向的喷灌强度试验值和模拟值的变化趋势一致,因田间试验受到风速、风向、蒸发飘移和编程算法等影响,测得的喷灌均匀系数值(75.26％)低于软件模拟值(85.59％).工程实例表明软件能够准确、快捷地完成圆形喷灌机的喷头配置,并能较好地预测机组田间水力性能.     

卷盘式喷灌机研究进展与发展趋势分析

为促进我国卷盘式喷灌机快速发展,提高对卷盘式喷灌机关键技术的整体认识和比较国内外差距,本文概述了国内外的发展历程和卷盘式喷灌机的主要类型和机型,从内外特性指标两方面,阐述了影响卷盘式喷灌机的关键因素及研究现状,总结出喷头车行走速度的均匀性、行走速度与喷头旋转扇形角及速度的匹配关系、喷头车运行稳定性、喷头进口压力的稳定性、喷头的姿态和地形等是影响喷灌均匀性指标的关键因素,各组成部分的能量转换效率和优化匹配是影响整机能耗的关键因素。分析了卷盘式喷灌机驱动动力、传动系统、速度控制、关键环节能量转换和喷头车稳定性等关键技术的研究进展和存在的问题。提出了我国卷盘式喷灌机需要重点研究的应用基础和关键技术问题,展望了卷盘式喷灌机多功能和智能化的发展趋势。     

履带式油菜播种机模糊自适应纯追踪控制器设计与试验

针对在丘陵山区小田块中大型农业机械运移不便、作业效率不高和田头调头操作受限等问题,设计了一种针对轻简履带式车辆的基于运动学模型和几何模型的模糊自适应纯追踪控制器。以轻简履带式油菜播种机为研究平台,结合北斗RTK构建了一套自动导航作业系统,根据播种作业需求采用有限状态机设计了田间自动导航作业控制策略。开展了模糊自适应纯追踪控制器与纯追踪控制器的仿真及实地对比试验。仿真结果表明,与纯追踪控制器相比,模糊自适应纯追踪导航控制器具有上升时间短和超调小等特点。水泥路面试验表明,当行驶速度为0.8m/s时,模糊自适应纯追踪控制器最大跟踪偏差为0.039m,平均绝对偏差为0.018m。在旱田路面前进速度0.5、0.8、1.2m/s下,直线导航跟踪最大跟踪偏差分别不大于0.082、0.086、0.092m,平均绝对偏差分别不大于0.031、0.032、0.034m。并对自动导航作业系统进行试验,试验结果表明,所设计的导航控制器直线跟踪稳定,满足丘陵山区小型田块油菜播种要求。     

基于信息融合的智能推料机器人设计与试验

饲料的定期推送是奶牛饲喂过程中的重要环节,针对现有推料机器人功能单一,无法满足奶牛饲喂需求的问题,开发了奶牛智能推料机器人。构建奶牛、饲料和牛栏参照物识别与分割的YOLACT模型,融合掩膜图像、深度图与ORB-SLAM3定位信息,实现觅食奶牛的快速定位与机器人导航信息的提取;基于信息融合提出智能推料算法,根据觅食奶牛的定位信息、投料时间信息、机器人的导航信息,自动选择工作模式,控制机器人沿着预定的轨迹,实现推料、集料送料、清料等多模式推料功能,满足奶牛个性化自由采食需求,提升饲料利用率。试验结果表明：觅食奶牛的位置识别定位精度为±0.1 m,奶牛识别率为100%,机器人导航精度为±0.8 cm,智能推料准确率为100%,算法运行速率为12 f/s,满足复杂环境下机器人智能推料的要求。     

基于自校准变结构Kalman的农机导航BDS失锁续航方法

针对农机自动导航作业过程中存在的BDS信号失锁导致系统突然失控的问题,提出了一种适用于轮式农机的基于自校准变结构Kalman滤波器的农机导航BDS失锁续航方法。依据4自由度农机运动学模型,设计了BDS/INS信息融合Kalman滤波器;进行INS导航定位误差不确定度分析,并设计了基于自回归模型的航向校准方法、INS传感器角速率测量零偏实时校准方法,结合上述方法设计了自校准变结构滤波器,进行位姿信息处理,结合导航跟踪控制方法实现失锁续航功能。根据分米级精度要求,进行了机器人直线、矩形路径失锁续航试验和农机田间直线续航试验。机器人续航试验结果表明:行驶速度为1 m/s时,与运用未校准滤波器的续航系统相比,该方法实际平均横向偏差减小34%,横向偏差达到20 cm时机器人在路径上的平均行驶距离提高80%。农机田间续航试验结果表明:行驶速度为1 m/s时,在实际偏差小于20 cm的条件下,农机在路径上的行驶平均距离达到16. 65 m。     

自动转移喷灌机控制系统研制

现代农业要求农业生产实现机械化、规模化、自动化和智能化。设施农业作为现代农业中的高端农业，其技术和设备的发展应用具有引领典范作用。其中，节水灌溉是设施农业中一项关键技术，也是国家一直在倡导的重要举措。喷灌机通过定时定量对植物进行灌溉，以最小程度的用水量，获取最大的收益。传统喷灌机自动化程度不高，只能实现单跨自动运行，无法实现跨间自动转移，需要人工辅助，且无法进行区域选择性灌溉。为了提高温室内喷灌机自动化程度，降低劳动力成本，提高工作效率，通过总结归纳国外全自动喷灌机的结构和特点，研制了一种全自动转移喷灌机。该喷灌机系统引入RFID射频模块，它通过射频信号自动识别跨度标签，快速读取标签内数据，可用于识别不同的跨度和初定位。喷灌机主机依托转移装置可进行跨间自动转移，为了防止干扰摒弃接近开关和光电开关，使用霍尔开关作为信号检测和判断，使用西门子200CUP226作为主控制器。通过在上位机昆仑通泰触摸屏上输入喷灌次数、喷灌时间等参数，控制机器自动执行喷灌任务，而高速计数器的使用节省了转移过程中的时间。存储单元存储喷灌的次数和时间记录，方便后期数据查询和经验的数字量转化。      

基于地理条件的行走式节水灌溉专家系统研究

行走式节水灌溉专家系统是一个行走式节水灌溉技术与农业专家系统技术相结合的应用软件系统。为此,运用VC 和SQLServer数据库等开发工具开发了一个基于网络的专家系统,并采用人机交互方式,可以帮助用户方便、快捷地了解不同地区的具体作物在特定条件下如何选择适宜的行走式灌溉机具,进行既节水又高效的农业作业;主要介绍了系统构件的设计、软硬件配置及系统功能的实现等。     

3PZ-6000型智能苹果植保机设计

为减小果树的病虫害影响，设计一种3PZ-6000型智能苹果植保机。该机结构紧凑，具有可升降轴流风送式喷雾装置、液力驱动无级变速履带式行走机构。并配备无线射频控制平台，可实现对机器启停、速度和药量调整等智能控制，极大提高苹果植保环节的作业效率，经济、生态和社会效益明显，是促进苹果生产全程机械化的一种重要机型。      

基于TD-LTE的多机协同导航通信系统研究

为实现多个农机在农田环境中自主导航协同作业,设计了基于TD-LTE的多机协同导航通信系统。该系统由导航定位传感器、无线通信模块、车载控制终端和远程通信软件组成,其中：传感器包含GNSS接收机、惯性测量单元（IMU）和角度传感器,用于获取每台农机的地理位置、自身姿态和车辆转向角信息。无线通信模块采用4G DTU作为系统通信设备,与车载终端串口相连,实现RS232串口转TD-LTE网络功能。4G DTU经配置软件配置好串口参数等信息后,连接目的服务器IP地址和端口号,将车载传感器采集的数据按设计好的通信协议经TD-LTE网络传输到远程服务器的通信软件中。车载控制终端采用工控机（IPC）,实现农机自动导航控制与人机交互。远程通信软件应用Socket网络编程开发了数据接收显示与数据发送的功能模块。系统对每台农机的状态信息实时上传的同时也可以接收远程服务器端对多台农机的协同控制命令,对于软件界面中显示的在线农机,可以根据优先级有选择的进行通信。以4台雷沃欧豹拖拉机为试验平台,每台农机状态信息的发送频率为5Hz,进行了系统稳定性试验测试,丢包率均为0.1%,且均无延迟,系统具有较高的可靠性与实时性。     

基于机器视觉的农业车辆路径跟踪

简述了一种基于机器视觉的农业车辆自动导航系统.提出了直线检测算法,显著降低了内存需求和时间消耗;以横向偏差和航向偏差作为输入量,构建了二维模糊决策器,对期望前轮转角进行决策;构建了基于PID的转向控制器,实现前轮转向控制,并采用简化的两轮车运动学模型进行了仿真.仿真和实验结果表明,该导航系统可以有效地实现直线路径跟踪.当车速为0.3m/s时,最大跟踪横向偏差不超过5cm,平均偏差不超过2cm;当车速为0.6m/s时,最大跟踪横向偏差不超过8cm,平均偏差不超过4cm.     

农机BDS/INS组合导航算法研究

针对农机在环境干扰情况下BDS失调、INS单独导航误差大的不足,以BDS/INS两者间位置、速度差值为模型,提出蜂群算法优化BP神经网络辅助卡尔曼滤波的算法组合导航,精准定位农机位置速度信息。BDS有效时,BDS/INS组合导航结合卡尔曼滤波,校正INS的位置、速度偏差,BP神经网络进行训练模式;BDS失调时,BP神经网络转化为预测模式,代替BDS对INS进行校正反馈,输出精确位置信息。同时,改进人工蜂群的搜寻方式与选择概率,提出改进的蜂群算法优化BP神经网络,使速度误差小于0.6 m/s,位置误差小于30 m,改善对农机位置速度的定位精确度。     

基于EKF的农机智能体自主导航算法研究

为获得更加准确、全面、实时的农田障碍物信息,提高农业机械智能体自主导航定位的精度,提出一种基于北斗系统和视觉导航的组合定位方法。针对农田环境,选择BDS、视觉CCD为外部传感器,设计一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的数据融合算法,该算法融合了BDS和视觉传感器数据,实时定位农机智能体的位置。系统通过对导航角度和行驶进度进行跟踪,完成绝对定位。通过机器视觉图像处理,获取导航基准和作业目标信息,完成相对定位。通过试验验证该算法的有效性,并通过卡尔曼滤波算法(KF)的成果进行对比分析。结果表明：滤波后的路径更平滑,抖动偏差减小,坐标数据比KF滤波结果更稳定、更平滑。此外,距离的平均误差可以从滤波前的0.119 5 m降低到滤波后的0.07 0 m,有效地降低了过程噪声。且位置偏差在±0.1 m以内,精度较高,提升了农机智能体自主导航的定位精度。     

基于模糊自适应纯追踪模型的农业机械路径跟踪方法

为了提高农业机械自动导航控制系统的精度,提出了一种基于模糊自适应纯追踪模型的农业机械路径跟踪方法.该方法基于纯追踪模型进行农业机械路径跟踪控制,结合农业机械运动学模型来确定车轮期望转向角;采用模糊自适应控制在线自适应地确定纯追踪模型中的前视距离,提高了路径跟踪的精度.农业机械的路径跟踪实验结果表明,路径跟踪的最大误差不超过10 cm,平均误差小于5 cm,完全满足农业机械的作业要求,验证了提出方法的可行性和有效性.