基于运动特性的农机导航控制方法

农业机械（农机）运动学模型的精度影响导航控制精度和稳定性,为提高农机路径跟踪控制器精度,提出了一种基于运动特性的农机导航控制器设计方法。该方法主要是对传统二轮车运动学模型建模方法进行改进,针对传统二轮车模型小角度近似替代（方向角等于横摆角）的缺点,采用加入侧偏角的方法优化农机运动学建模过程。采用相同的控制方法（状态反馈控制）和不同的运动学模型设计控制器进行对照实验。直线路径跟踪时,侧偏角对模型精度影响较小,引入侧偏角可以在一定程度上影响农机的跟踪精度;曲线路径跟踪时,侧偏角对方向角的变化影响较大,可以大幅影响路径跟踪精度。以安装有自动导航设备的拖拉机为实验平台进行实地实验,结果表明：直线行驶的最大横向误差平均值为0.0454m,绝对平均误差平均值为0.0149m,标准差平均值为0.0119m;曲线行驶的最大横向误差平均值为0.1613m,绝对平均误差平均值为0.0688m,标准差平均值为0.0434m;基于本文提出的优化模型设计的路径跟踪控制器对直线路径跟踪有一定提升,对曲线跟踪精度有大幅提升。     

基于空间运行轨迹的农机往复作业行距估算方法

为了快速评估农机作业重漏状况,针对农机往复作业模式下,通过在农机上装载智能终端设备,采集车载终端GNSS信息,分析农机空间运行轨迹数据,统计方位角分布频次,计算农机作业方向,提取农机作业线,进一步建立了农机作业行距评估模型。为了验证农机作业行距评估模型,于2021年6月25日在北京小汤山国家精准农业研究示范基地开展实验,利用装载有自动导航系统的拖拉机,设定不同的行距,且每个行距进行往复直线作业,验证作业方向计算、作业线提取和作业行距提取等模型。结果表明,与实际相比,模型计算的作业行距平均误差为3.07%,均方根误差为0.14m,从整体上来看,识别的农机作业平均行距和实际行距比较相符,可为农机作业重叠、遗漏等农机作业质量评估提供数据支撑。     

液电混动履带底盘电液系统联合仿真与试验

针对传统以液压驱动或纯电驱动的履带式农机装备功耗大、系统响应慢、电池续航短、功率扭矩输出不足等问题,本文提出了一种高效液电混动履带式行走底盘,集成了液压驱动和电驱动两套独立动力系统,双液压马达及双伺服电机的四轮驱动结构,可实现整机大扭矩输出,利于整机轻量化设计;通过伺服电机速度及力闭环控制,适应匹配底盘外负载的变化,可显著改善闭式液压驱动系统的动态输出特性,提高整机动态控制性能并降低工作能耗。基于AMESim与Matlab建立了电液混动系统的联合仿真模型,对比分析整机在平地直线行驶、山地爬坡、原地转向等不同工况的行驶动态性能,试验结果表明所设计的液电混合驱动履带底盘最大行驶速度可达1.1m/s,原地转弯时间最快为2.4s,最小转弯直径为150cm,可实现丘陵山地复杂地形转弯及调头;履带底盘直线行驶偏移率不大于3.3%;在相同工况下与液压驱动相比,液电混合动模式下整机能耗可减少9.3%,提高了整机工作效率。     

大空间运动3-RRRU并联机器人运动学标定与误差分析

并联机器人具有高速、高刚度和大负载等明显优势,被广泛应用到农业和工业领域,但多关节导致该类机器人控制精度不高。针对大空间运动3-RRRU并联机器人的运动学建模和误差标定方法展开了系统、深入研究。综合应用DH法和空间矢量法建立了机器人的运动学模型,在此基础上,借助偏微分理论推导并建立机器人的误差模型;应用激光跟踪仪进行不同轨迹下机器人的空间位置数据采集,对一般遗传算法进行改进,以等步距搜索策略实现主要遗传算子的优化,并通过全局数值寻优获取机器人的误差补偿数据,完成标定和补偿工作。实验表明：基于直线标定方式,补偿后直线轨迹跟踪误差控制在0.14～1.34mm,但不适用于曲线轨迹补偿,其实测补偿后的最大误差高达5.08mm。曲线轨迹标定精度高于直线轨迹标定,补偿后将直线和曲线两种路径下的最大误差分别降低至1.18mm和1.56mm。该标定方法自动化程度高,适用于含有大量关节并联机器人的误差标定工作。     

自动导航拖拉机田间作业路径规划与应用试验

为了实现自动导航拖拉机田间作业的全区域覆盖路径规划,提出基于全排列算法获得转弯耗时最短的路径规划方案。为此,将农田地块划分为直线作业区域和地头转弯区域,在地头转弯区域内建立了拖拉机沿弓形和鱼尾形转弯路径行驶的轨迹解析模型,计算得到地头转弯区域所需的最小宽度及转弯所消耗的时间。在直线作业区域内,根据转弯次数最少来确定直线作业路径在田间的相对方向,生成相应的直线路径簇。根据对两块典型农田地块田间作业路径规划试验,得到了直线作业路径遍历顺序的一般规律。试验表明:这两块农田的路径规划方案中转弯路径的耗时较梭形行走、离心行走及向心行走方式至少减少了51%。     

基于变前视距离的四轮同步转向农机改进纯跟踪控制

路径跟踪控制是提高自主导航系统控制精度的关键。针对在复杂农田作业环境下转弯时纯跟踪算法跟踪精度不高的问题,本文提出了一种基于改进纯追踪模型的四轮同步转向农机路径跟踪控制算法。建立了基于四轮同步转向农机的运动学模型和纯跟踪模型,在此基础上考虑航向误差得到改进纯跟踪模型,进行RTK定位坐标修正,根据量化误差的评价函数搜索前视区域最优目标点,得到最优前视距离。本文算法能实时确定四轮同步转向农机改进纯跟踪模型中的前视距离,使航向误差和横向误差最小化,实现目标点的自适应优化。仿真结果表明,本文方法转弯时平均绝对横向误差减至0.035m,平均绝对航向误差减至0.212°;水田实验结果表明,当四轮同步转向农机作业速度为3.6km/h时,四轮转向农机轨迹跟踪平均绝对横向误差减至0.109m,平均绝对航向误差减至2.799°,转弯跟踪精度显著提高。     

改进整数线性规划法的农机配备研究

山东省小麦玉米规模化轮作生产下机械效能未充分发挥,存在动力机械与机具配套比低、农机动力与资金浪费问题,主流的整数线性规划农机配备法不适配山东省中小型农业新型经营主体。在对小麦玉米周年轮作全程机械化技术模式调研后,对小面积耕作时农机配备模型采用增设租赁农机服务进行改进。通过验证计算,模型优化后年成本为47 922元,相比未优化前模型成本210 392元下降77.22%;农业机械的配备量下降63.63%。     

雷沃首创自动导航系统拖拉机助力春耕

<正>近日,由福田雷沃重工自主研发的带有农机导航及自动作业系统的拖拉机首次在新疆建设兵团应用于春耕作业。自动驾驶拖拉机集全球卫星定位、自动导航、油门自动控制、机具高度自动调节等多项功能为一体,其中直线导航跟踪精度小于5 cm,自动对行精度小于8 cm,由此实现了拖拉机在     

同步转向高地隙喷雾机模糊自适应轨迹跟踪预测控制

为提高同步转向高地隙喷雾机轨迹跟踪的稳定性与鲁棒性,提出一种基于模型预测控制理论的模糊自适应轨迹跟踪方法。首先,基于刚体运动学以及几何约束推导出喷雾机的非线性运动学模型,并对该运动学模型进行简化;然后,基于简化的运动学模型建立喷雾机的状态预测模型;最后,结合实际工况设计了模糊自适应预测控制器。仿真试验表明：与传统的预测控制器相比,模糊自适应预测控制器的跟踪速度更快、稳定性更好。场地试验表明：在进行初始误差2.5、5m的直线轨迹跟踪以及无初始误差的圆形轨迹跟踪时,其平均误差分别为0.0442、0.0602、0.0901m。本文建立的喷雾机运动学模型可以很好地体现同步转向高地隙喷雾机的运动特点,设计的模糊自适应预测控制器可以保证喷雾机路径跟踪的准确性和鲁棒性。     

拖拉机机组无人作业协同控制系统设计与试验

为提高拖拉机作业机组无人作业的智能化水平,实现机组横向运动、纵向运动和机具提升作业的协同控制,设计了无人作业协同控制系统。以播种作业机组为研究对象,将拖拉机机组无人作业协同控制系统划分为规划层、决策层和执行层。规划层结合播种农艺要求和机组运动学特性,采用经/纬度坐标规划作业路径,为了同时满足直线作业区域与转向曲线区域的路径跟踪,提出自适应预瞄路径跟踪控制算法。决策层制定了拖拉机机组无人作业联合控制策略,实现拖拉机-播种机联合作业精准控制。执行层对拖拉机转向机构、机具提升机构、油门踏板、制动器、离合器等机构进行硬件线控设计。在此基础上,分别开展无人播种作业仿真与田间试验,仿真结果验证了拖拉机播种机组无人作业协同控制系统的可行性。田间试验表明：拖拉机转向器、油门踏板、离合器、制动器、机具提升机构严格根据规划层与决策层制定的控制指令协同动作。试验过程车轮转向平均误差0.45°,直线段横向误差均值为0.035 m,转向段横向误差最大值为0.11 m;机具提升响应时间为1.2 s、机具提升转角超调量小于1.5°;油门踏板、制动器、离合器均根据决策指令完成操纵动作。无人作业协同控制系统满足拖拉机机...     

改进纯追踪模型的插秧机导航路径跟踪算法

关于纯追踪模型跟踪算法的研究很多,但大都集中在直线路径跟踪方面。由于插秧机田间行驶路径包括直线作业段和地头曲线转弯段,因此需要对传统的纯追踪算法进行改进,使其满足曲线路径跟踪。本研究以约翰迪尔Starfire3000型接收机、GS2630型显示器和ATU200型电动方向盘为主要硬件设备,针对给定的曲线路径,提出了一种路径跟踪控制算法,并通过模型仿真和田间试验相结合的方法,对该导航控制算法进行了验证分析。该导航控制算法的具体步骤如下:首先根据车辆速度和路径弯曲程度来动态调整前视距离,其次在利用预见控制求得车辆目标点的基础上,利用改进的纯追踪算法设计控制器,最后按照插秧机作业时的路径进行仿真和试验。试验结果为:车辆以1m/s的速度行驶且在转弯半径为0.9m时,最大误差可控制在16cm以内。     

农机收获作业参数化路径生成方法

为使无人驾驶农机在收获作业时准确收割作物,其导航路径应尽可能与播种作业轨迹保持一致。播种作业轨迹通常可近似为直线,因此传统的AB线模式可以满足大多数作业需求。但在某些作业场景中,受客观条件限制,播种作业路径是弯曲且不规则的。为使农户以其熟悉的打点方式设定路径,提出了一种参数化路径生成方法。在农户设定路径时采集车辆主天线轨迹坐标和姿态,解算出车辆后轴中点坐标。通过算法过滤掉轨迹中聚集点和离群点并提取出能够代表轨迹形状的一系列节点。采用分段插值方法,生成基于3阶贝塞尔曲线的参数化路径。以雷沃M1004型拖拉机为试验平台,在北京市昌平区小王庄试验站采集数据。试验结果表明,在平均作业速度5 km/h、聚集点抽稀阈值1 cm、离群点曲率阈值1 m-1、节点抽稀阈值30 cm时,两组参数化路径与各自原始轨迹的最大偏差分别为0.52和0.40 m,说明此方法可以较为准确地还原播种轨迹并生成收获作业目标导航路径。     

温室电动拖拉机旋耕稳定性时序分析与前馈PID控制方法研究

针对温室小型农机对地面平整度敏感,微小的地面起伏便会造成机具俯仰的情况,基于课题组已开发的温室电动拖拉机,将基于时间序列分析的角度预测方法引入前馈PID控制(Angle prediction and feedforward PID,APF-PID),解决了温室旋耕作业中因机具俯仰而出现的响应性差、耕深不稳定和功率突变的问题。建立了温室电动拖拉机旋耕作业的功率模型,并建立了俯仰角-耕深的转换矩阵,得到了旋耕系统实际耕深的转换值;采用时间序列分析预测机身俯仰角,并作为旋耕系统的扰动输入;结合耕深的转换值和预测得到的扰动,采用APF-PID控制器调节旋耕系统的提升机构,将旋耕机维持在目标耕深;在温室内未旋耕和已旋耕的两种地块进行实车试验。结果表明：俯仰角时序预测模型的相关系数可达0.983 2;APF-PID控制的控制性能优于PID控制,在目标耕深6 cm的测试路面中,APF-PID在两种试验地块上的平均耕深分别为6.47 cm和6.44 cm,均方根误差为0.80 cm和0.72 cm,绝对平均误差为0.67 cm和0.58 cm,耕深稳定性系数为89.95%和91.30%,消耗的总能量较...     

江苏省启东农机监理用行动护航滩涂作业拖拉机安全

<正>今年以来,江苏省启东市农机监理所先后多次前往海复镇拖拉机滩涂作业点进行安全生产检查,针对前期进行的排查摸底情况,先后对无证驾驶、证驾不符的相关人员进行了培训考试,对作业的拖拉机进行了安检并登记备案,并根据备案情况,制作了滩涂作业证。12月2日,该所相关人员在所长带领下,冒雨前往该作业点,集中免费上牌服务。登记人员逐一核对每台作业机具的相关资料。一上午完成了22台拖拉机的上牌任务。监理所有关人员还实地考察了滩涂到     

一种与行驶速度无关的农机路径跟踪方法

针对智能农机自主作业中的路径跟踪控制问题,提出了一种与行驶速度无关的农机路径跟踪方法,该方法对农机行驶速度的变化具有鲁棒性。首先建立了空间参数驱动的非线性相对运动学模型,并证明了基于该模型进行控制方法设计的合理性和可行性。然后对此模型进行反馈线性化和最优控制设计,得到了一种与速度无关的农机路径跟踪控制律。最后进行了实车的路径跟踪实验,实验结果表明该方法的直线路径跟踪精度为4 cm,曲线路径跟踪精度为7 cm,且跟踪精度不受速度变化的影响,验证了该方法的有效性和对速度变化的鲁棒性。     

农机导航自校正模型控制方法探讨

针对运动学模型中的类似条件对模型管控模式曲线路径追踪精度的影响,给出农机导航自校正模型管控模式.此模式使用模型控制模式预设管控律,并使用模具管控模式自适应地网络调整模型进行管控.农业器械的途径追踪试验成果说明,此模式即保存了管控模式在直线路径追踪层面的优势,又填补了模型管控模式在路径追踪层面的空白.     

春耕作业注意事项

正一是农机的拖斗和配套机具要和农机的功率相配,私自改装车辆会给驾驶人员造成安全隐患,且会损伤农机的使用寿命;二是在农机的作业过程中,要保证作业前方的顺畅,如果有大块的石头、土块或者沟渠,会造成农机的轮胎破损,或者出现翻车的情况,造成驾驶员的安全隐患;三是驾驶员要小心驾驶,在上下坡时要慢速驾驶,转弯的时候要注意速度适中。农机的体态比     

再生稻空间直取大偏移轮系宽窄行分插机构设计与试验

为了解决再生稻生产过程中,收获机履带碾压头季稻稻桩的问题,本文从机械栽植角度入手,在单位种植面积有效株数一定的条件下,通过合理增大栽植行距以增大履带行走行距。提出一种可实现大偏移、直取秧和小侧向穴口移栽轨迹的空间行星轮系分插机构。首先,结合栽植农艺规划宽窄行移栽轨迹并确定其上若干关键位置与姿态,建立了空间2R开链机构3精确位姿空间几何约束设计方程,采用同伦算法进行求解;然后,基于求解参数拟合、优化得到开链机构输入轴与输出轴相对角位移曲线,确定机构传动比与非圆齿轮节曲线,复演得到满足移栽要求的空间轨迹;最后,通过依附非圆齿轮副将开链机构两转轴运动耦合,设计得到一种由平面非圆齿轮与斜齿轮组合传动的轮系式再生稻宽窄行分插机构,并进行虚拟仿真与样机试验,结果表明样机实际运动轨迹姿态与理论设计基本一致;取苗至推苗横向偏移量ΔS1为65.59mm、侧向推苗角γ1为16.13°、侧向穴口宽度ΔS3为23.69mm,满足再生稻宽窄行移栽要求,验证了轮系式宽窄行分插机构设计的可行性。     

基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法

履带拖拉机采用差速转向,转向可控性差,影响自动导航性能,为提高履带拖拉机自动导航的性能,以液压传动控制行星差速转向履带拖拉机为研究对象,建立履带拖拉机转弯半径数学模型。构建每个控制量下转弯半径均值和方差计算方法,建立基于卡尔曼滤波和局部加权回归的转弯半径均值和方差更新方法。分别针对直线路径跟踪和掉头建立基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法。采用纯跟踪算法分别以不同的初始位置偏差进行自动导航仿真试验,得到导航轨迹、位置偏差和角度偏差。以农夫NF-702型履带拖拉机为平台,分别以不同车速进行导航试验,试验结果表明,在初始航向角为0,车速分别为1.0、1.5m/s时,导航平均误差分别为-0.62cm和0.28cm,导航误差绝对值极值分别为10.14cm和8.10cm,导航误差绝对值均值分别为2.34cm和2.57cm,导航均方根误差分别为3.77cm和3.99cm。本文提出的基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法可应用到液压传动控制行星差速转向履带拖拉机自动导航领域,满足实际田间作业需求。     

东洋PF455S型插秧机黄平石牛坝试验测试报告

一、概述在2005年5月23日黔东南州水稻机械化插秧现场会上,州农机技术推广站组织本站农业工程技术人员赴项目实施地黄平县旧州镇石牛坝现场,对江苏盐城产东洋PF455S型插秧机进行田间作业质量实测。该项目安排试验规模50亩,实测试验机具2台,现场表演测试面积约5亩,按原农机部《农机具标准——水稻插秧机试验方法》(NJ137——