计算机视觉技术在拖拉机行进控制上的应用

自动导航可以降低农业机械操作人员的劳动强度,提高土地利用效率,是农机智能化的重要体现。计算机视觉和卫星定位是应用较为普遍的农机导航技术。为此,基于计算机视觉技术,设计了拖拉机行进控制系统。系统对环境图像进行计算机视觉分析,选用合适的处理方式和算法获得导航路线,同时减少了计算量;然后,根据机械的初始状态参数调整方向,使拖拉机沿着导航路线行进。试验结果表明:安装该系统的拖拉机以不同速度行驶时,路线偏差迅速减少,并保持在很小的范围内;系统处理单幅图像耗时少于0. 1s,可以满足实时控制的要求。     

基于免疫模糊PID算法的农机机器视觉研究

为了提高农机视觉系统的精度及无人驾驶农机的导航效率,将免疫模糊PID算法引入到了收割机视觉控制系统的设计中,通过PID控制器反馈误差后,利用免疫算法和模糊控制算法对导航追踪误差进行修正,从而有效地提高了导航的精度。为了验证该方法的可行性,设计了基于免疫模糊PID算法的农机导航追踪误差修正系统,并分别对不使用PID算法、单独使用PID算法和综合使用免疫模糊PID算法的农机导航误差进行了测试,结果表明:综合使用免疫模糊PID算法的农机导航误差最小,从而验证了方法的可靠性。     

基于CAN总线的农机导航控制系统终端的设计与实现

农机导航控制系统终端是实施农机自动导航控制和变量作业的重要装置。为了更方便地管理农机导航系统、促进智能化农业装备的国产化,基于CAN总线技术,针对农机自动导航控制系统设计了一款农机导航控制系统终端。该农机导航控制系统终端在硬件设计方面支持串口和CAN两种通信模式,在软件方面实现了农机自动导航控制所需的路径设置、任务设置、作业视图监控和报警等基本功能。车载试验表明:该农机导航控制系统终端能够有效地实现对农机导航系统的管理和农机状态的监控,同时也大大方便了技术人员对数据的记录和分析等调试工作。     

农业机械导航技术研究进展

农业机械自动导航技术是实施精细农业的基础,可有效减轻农机操作人员的劳动强度,提高作业精度与作业效率。经典的农机自动导航关键技术包括定位测姿、路径规划和运动控制,针对这3项关键技术,分别阐述了基于全球导航卫星系统、惯性导航系统、机器视觉导航系统及多传感器信息融合的农机定位测姿方法,总结归纳了农机自动导航系统中的全局路径与局部路径规划算法,以及农机的运动学模型、导航决策控制方法、转向制动控制系统。随着信息技术的发展,农机智能导航技术受到越来越多的关注,保证作业安全与提高作业效率成为农机智能导航不同于传统自动导航的关键技术。以激光雷达和RGB相机为例综述了农机自主避障技术,并从协同导航模式、通信技术、协同控制、远程监控平台等角度阐明了多农机协同作业的关键技术。最后,结合无人农场和智慧农业对农机智能导航技术未来的发展方向进行了展望。     

基于GPS和机器视觉的自主导航定位农机设备研究

准确、可靠的位置信息是进行农业机械自动导航的前提,为了提高农机自主定位导航的精度,提出了一种基于GPS和机器视觉联合导航的定位系统,并介绍了联合定位导航的方法,最后以实验得方式验证了导航的可行性。农机的GPS和机器视觉组合定位系统采用GPS部分对农机的绝对位置进行实时采集,并跟踪导航角和行驶速度,完成绝对定位;采用机器视觉部分图像处理的方式,获得导航基准线和作业目标信息,完成相对定位;采用光电对管实现了避障功能,并采用无线数据的收发,实现了农机的远程控制。对农机联合导航机制进行了实验验证,结果表明:最大误差不超过0.1m,精度较高,克服了单一定位方式的不足,提高了农机自主导航的定位效果。     

基于PLC的农机行驶路线控制研究与实现

为了提高农机的自动化和智能化水平,基于PLC技术设计了农机行驶路线控制系统。系统的主要组成包括路径规划模块、运动控制模块和PLC控制模块等,采用定步长连续寻点的方法进行路径规划,采用PID模糊控制算法调节农机的速度和方向,以确保农机按照规划的路径行驶。为验证该系统的性能,进行田间试验,结果表明:农机行驶路线控制系统可以实现农机的自动导航,使其按照预定的速度和路线行驶,且系统运行稳定,能够满足农机行驶路线控制的要求。     

农机导航自动驾驶系统前装认证研究

<正>伴随着越来越多的新技术应用到农业领域,我国农机信息化、智能化水平越来越高,农机导航自动驾驶就是当前发展较快的一个典型案例。通过在农机上安装导航自动驾驶系统,依靠高精度卫星定位装置获取农机位置、姿态和航向信息,对所获信息进行分析,驱动液压阀或电机来控制转向装置进行路线修正,就可以实现农机按照规划路线自动驾驶行驶作业。这样不用驾驶员操作就可以完成耕作、播种、喷药等田间作业,不仅可以缓解驾驶员的疲劳,还可以降低作业成本和时间。然而新产品新技术前期往往因为产品标准不完     

作物数字化管理实现重大突破

<正>在国家863计划支持下,科研人员通过"智能化农机技术与装备"重大项目和"农业精准作业技术与装备"主题项目,在自动导航,种、肥、药精准施用,作物数字化管理等方面实现了重大突破。研究人员突破了农机自动导航关键技术,研发了国产化农机自动导航产品并应用转化;研制了基于电机和电液控制的自动转向驱动装置,开发了国产化农机自动导航产品,田间作业导航和直线跟踪精度控制在5 cm以内;农机自动导航技术产品的研发,打破了国外同类产品的垄断,价格降低了1/3。日前,自动导航技术产品在新疆、黑龙江、上海等地应用,与福田雷沃国际重工股份有限公司合作已开始批量生产。     

农机导航的智能决策逻辑及功能开发特征

近年来,智慧农业理念在我国得到快速普及,农业机械产品研发和功能探索逐渐向智能作业、无人作业模式转型,导航技术是农业机械自动行驶的重要技术组成,随着导航功能扩展和综合决策功能的应用,农业机械的自动驾驶技术得到长足发展。该文基于农机导航技术发展现状和研究情况,分析了农机导航智能决策的原理与逻辑,说明了其中匹配的技术,结合导航功能现状分析了开发特征,强调了农机导航持续丰富功能和优化发展的重要意义。     

基于嵌入式机理的农机自动导航控制系统研究

为进一步提高我国农机自动导航系统的控制化水平,从信号采集、协议匹配、通讯畅通及存储高效的原则着手,考虑嵌入式机理的融入,进行自动导航控制系统的设计与研究。通过对导航控制系统的硬件电路配置、软件控制系统优化方面进行设计,以及加速度计、陀螺仪及磁强计的关键参数及技术指标的选取,进行测试试验,结果表明:自动导航控制系统的各项评价参数均有所提升,拐角平均误差由原来的1.35m减少至0.38m;直行平均误差可以由原来的0.97m减少至0.18m,且得到进行自动导航控制系统实时任务分解的五大模块,可为相类似的农机研究提供参考。     

农机自动导航驾驶系统在苏州市的试验研究及推广建议

该文通过在苏州市开展农机自动导航驾驶试验研究,探索拓普康System 150自动导航驾驶系统应用于相关农机作业的适用性、可靠性、经济性。试验结果表明:农机自动导航驾驶系统应用于拖拉机上时,能符合自动导航RTK(±2.5 cm)指标要求,且行驶速度越快,采样点绝对偏差平均值就越大。应用于插秧机上时,深翻条件下自动导航邻接行宽绝对偏差平均值达到13.3 cm,适应性相对较差;旋耕条件下自动导航邻接行宽绝对偏差平均值均小于5 cm,作业质量相对稳定,适应性较好。使用自动导航驾驶系统可提高作业效率,实现节本增效。该技术在苏州市具有推广价值。     

插秧机行驶速度变论域自适应模糊PID控制

农机行驶速度控制是精细农业中导航控制和变量作业控制系统的重要组成部分。农机在田间行驶过程中状态多变且环境恶劣,对行驶速度控制算法的自适应能力要求较高。在分析农机变速机构的基础上设计了插秧机行驶速度控制系统,将变论域方法引入模糊PID控制器设计中,提高了控制算法的适应性,并以高速乘坐式插秧机为试验平台进行了控制算法的水泥道路试验验证。试验结果表明,所提出的控制算法对插秧机行驶速度控制是可行的,插秧机行驶速度平均误差小于0.02m/s,与PID控制算法相比,调节时间更短,超调量较小,并且具有更好的自适应能力。     

园林喷雾机辅助导航系统控制策略分析

利用辅助导航控制喷雾机开展自动喷雾作业，不仅能够提高喷雾效率和农药利用率，而且还能降低环境污染程度和保护人身健康安全。尤其在数字化与智能化技术快速普及的新时期，复合导航技术能够与自动控制技术相结合，成为辅助喷雾机智能化作业的关键技术。为此，通过分析园林环境对辅助导航系统的功能需求，梳理了导航系统设计的重点与难点，建立了辅助导航控制系统的主体功能图，并利用BDS差分定位、视觉定位、激光测距、毫米波雷达等技术手段组建了复合导航环境感知系统，在树莓派处理单元与PID控制模式下实现导航决策。经过校园园林环境的CP组、SM组、SQ组试验，证实辅助导航控制系统具有较高的路径行驶准确率和避障精确度，但在局部细节方面仍需提升。     

玉米中耕除草复合导航系统设计与试验

为了实现玉米中耕除草过程中的自动导航作业,提高自动除草的效率和准确性,设计了一种玉米中耕除草复合导航系统。系统由基于GNSS的农机自动导航部分和基于机器视觉的农具自动导航部分组成,可通过GNSS位置信息进行农机自动导航,同时根据摄像头获取的玉米作物行信息控制农具铲刀进行行间除草。对农机的转向控制部分和前轮转角检测部分进行了机械改装,以PLC和步进电机驱动器为基础设计了农机转向控制电路和农具液压控制电路;以横向偏差和横向偏差变化率作为模糊控制的输入变量设计了自适应模糊控制方法;采用摄像头获取玉米作物行,通过扫描滤波方法进行作物行检测。农机独立导航除草试验和农机具复合导航试验结果表明：在车速为0.6 m/s时,农机自动导航最大横向偏差为10.04 cm,平均偏差为4.62 cm;农机具复合导航时的最大偏差为6.35 cm,平均偏差为2.73 cm;农机具复合导航系统能较好地满足玉米中耕除草的要求。     

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。     

接触式拖拉机导航控制系统

为提高接触式拖拉机导航系统性能和导航精度,针对玉米秸秆行间作业,设计了双层控制器接触式导航控制系统.在分析接触式导航传感器检测信号的基础上,以触杆转角为输入、前轮目标转角为输出设计了模糊控制器作为导航控制的上层控制.下层控制针对电液系统的非线性,采用带非线性补偿的PID控制器实现对拖拉机前轮转向角的控制.该导航控制方法在Matlab/Simulink平台上进行了仿真,导航控制系统在秸秆行间进行了试验验证.仿真和田间试验结果表明,导航控制算法的响应快、稳定性好.当行驶速度不超过1 m/s时,拖拉机导航精度在50 mm以内,平均误差15 mm,能满足玉米秸秆行间作业要求.     

大学生首创北斗农机自动驾驶仪

正扬州大学机械学院张瑞宏教授指导的学生团队成功研制北斗农机自动驾驶仪。该产品是基于北斗导航的农机自动驾驶仪,安装于农机上使农机具备自定位和自行走能力,通过综合控制农机的转向和速度,使其按照规划路径行驶,实现农机定位耕种,进行农机定位耕作等精准化作业。据了解,北斗农机自动驾驶仪通过高精度的     

基于字符识别的收割机机器视觉研究

随着农业现代化技术的不断发展,无人驾驶技术开始被应用到农机的设计上,为了实现农机的无人驾驶,首先需要使农机具备智能化视觉系统。为了提高农机视觉系统的导航线识别能力,将基于翻译工具的字符识别技术引入到了系统的设计上,结合图像处理技术,通过对导航线的初步定位、二次定位和图像的滤波、灰度化及增强处理,可以准确识别出作业区域的导航位置线,还可以得到实时的位置坐标。测试结果表明:收割机在自主行走时可以沿着导航线位置行走,并通过坐标点来实时的修正行走方向,达到了精准定位导航的目的。     

基于视觉与惯性的农机组合导航的方法研究

以棚室电动微耕机为试验平台,提出了一种基于视觉与惯性融合的组合导航方法。利用摄像头、陀螺仪和加速度计在微耕机上实现了低成本、高精度的导航定位。通过以导航线为参考系的位姿描述建立农机运动学模型,采用卡尔曼扩展滤波对两种导航模块得到的农机位置、速度和航向角信息进行最优融合估计。微耕机实际行走数据的仿真实验表明:该方法能够为农机自动作业提供实用可靠的导航信息。     

基于改进纯追踪模型的农机路径跟踪算法研究

为提高农机作业时直线行驶的精度,提出了一种基于改进纯追踪模型的农机路径跟踪算法。在建立了运动学模型和纯追踪模型的基础上,对农机直线跟踪方法进行研究;针对GPS导航精度易受噪声干扰的问题,通过卡尔曼滤波对航向误差以及横向误差进行了平滑处理,以获取更高精度的航向误差和横向误差;为提高纯追踪模型的自适应能力,以横向误差和航向误差的均方根误差为基础,构建适应度函数,并设计了权重函数,采用横向误差作为主要决策参数,通过粒子群优化(Particle swarm optimization,PSO)算法实时确定纯追踪模型中的前视距离;为使粒子群减少计算时间、尽快进行局部搜索,对PSO算法中惯性权重系数进行了改进。以东方红1104-C型拖拉机为试验平台,设计了农机自动导航控制系统,进行了农田播种试验。结果表明:当农机行驶速度为0.7 m/s时,采用基于改进纯追踪模型的农机路径跟踪算法,直线跟踪的最大横向误差为0.09 m;当行驶距离超过5 m后,最大横向误差为0.02 m,该算法能够有效地提高农机作业时的直线行驶精度。