农业机械自动导航技术是精细农业的关键技术，也是当前农业工程领域的研究热点之一。合适的地头转向控制方法可以提高农业机械换行作业的精度，缩短农业机械在地头转向的时间，提高整个农业机械作业的效率。在国内外农业机械地头转向控制技术研究现状的基础上，本文以日本久保田SPU68型水稻插秧机为研究对象，使用圆弧段组合进行地头转向路径规划，采用纯追踪曲线跟踪算法进行路径跟踪，实现地头转向动作。MATLAB/Simulink仿真结果和水田试验结果表明，本文提出的基于改进纯追踪模型的农业机械地头转向控制方法路径规划简单，占用地头空间小，跟踪精度较高，具有较强的实际意义。 本文主要进行了以下方面的研究工作： (1)基于纯追踪曲线跟踪模型的插秧机地头转向算法流程设计。通过对常用的几种地头转向路径规划算法，包括全程前行、前行－后退－前行和160°范围内固定转向轮偏角转向的分析，提出了一种基于三段圆弧组合的地头转向路径规划算法，推导了直角坐标系下基于纯追踪曲线跟踪的农业机械前轮转向角计算方法，研究了前视距离与速度大小对车辆跟踪能力的影响，并通过径向跟踪误差曲线寻找合适的前视距离区间范围，在此基础上，确立了基于纯追踪曲线跟踪模型的地头转向控制算法流程。 (2)MATLAB/Simulink仿真分析。仿真包括以下三部分：固定速率下不同前视距离的纯追踪模型曲线跟踪仿真；固定前视距离下不同速率纯追踪模型曲线跟踪仿真；地头转向仿真。仿真一的结果表明，在固定农业机械前进速度和规划圆弧半径的情况下，纯追踪模型的前视距离有一个合适的区间，这个区间的上下限可以通过考察径向跟踪误差曲线获得。仿真二的结果表明，在固定农业机械前视距离和规划圆弧半径的情况下，农业机械随着前进速率的不断提高，跟踪出现振荡现象，速率越高，振荡现象越明显，但速率越高，农业机械逼近规划圆弧路径所需的时间越短。仿真三的径向偏差最大值为0.3889m，最小值-0.1145m，绝对值均值为0.0843m，标准差为0.1346，剩余均方误差(RMSE)为0.1376，表明纯追踪模型有较好的曲线跟踪能力，在初始位置偏差较大的情况下仍能平稳地跟踪曲线。分析了前视距离和农业机械行进速度对纯追踪曲线跟踪算法跟踪效果的影响，并依据速率确定合适的前视距离区间，为地头转向控制参数选择提供了依据。 (3)水田试验。试验研究包括三部分：转向操纵控制系统的闭环动态响应测试、AHRS传感器标定和水田实验。试验结果表明，在前视距离为0.5m、0.6m和0.8m时径向偏差的绝对值均值分别为0.1399m、0.1104m和0.1099m，标准差分别为0.1622、0.1246和0.1177，从中可以看出，调节前视距离，可有效控制地头转向曲线跟踪的波动范围和程度。这一试验结果与理论分析和仿真结果是一致的。前视距离为0.5m、0.6m和0.8m时的最大径向误差绝对值分别为0.4258m、0.4039m和0.2708m，从中可以看出，调节前视距离控制地头转向曲线跟踪的最大径向误差的效果还不够理想。地头转向试验结果表明，由于在插秧机水田地头转向过程中实现了全程轨迹跟踪控制，提高了转向跟踪精度，增强了水田地头转向的适应性，且便于实现田头转向和直线行走的平顺转换。