【摘 要】
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中国制造2025十大重点领域中包括农机装备,无人驾驶技术在智能化农机装备中占有重要地位。农业机械无人驾驶技术可以最大化的利用土地增加作物的产量、降低劳动成本和减轻劳动强度,但无人驾驶产品处于研究试验阶段,还未能大范围的推广。为实现上述目标,本文以水稻插秧机为试验平台进行硬件改装,研究路径跟踪控制算法,研发上位机交互软件,对插秧机无人驾驶关键技术进行研究。主要的研究内容如下:（1）改造井关PZ60型
【基金项目】
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山东省重点研发计划项目（2017GNC12109）“智能化水稻插秧机无人驾驶与自动作业装备研发”; 山东省高等学校科技计划项目（J17KA146）“智能化水稻插秧机自动作业系统研发”
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中国制造2025十大重点领域中包括农机装备,无人驾驶技术在智能化农机装备中占有重要地位。农业机械无人驾驶技术可以最大化的利用土地增加作物的产量、降低劳动成本和减轻劳动强度,但无人驾驶产品处于研究试验阶段,还未能大范围的推广。为实现上述目标,本文以水稻插秧机为试验平台进行硬件改装,研究路径跟踪控制算法,研发上位机交互软件,对插秧机无人驾驶关键技术进行研究。主要的研究内容如下:（1）改造井关PZ60型高速插秧机。在插秧机上安装卫星信号接收机,基于RTKBDS导航定位技术设计导航定位系统;将插秧机原装方向盘替换为电动方向盘;为获得当前前轮转角,在前轮安装转角传感器;为解决工作过程中因外界环境造成的插秧机机身倾斜问题,安装倾角传感器。（2）针对无人驾驶路径跟踪精度不高的问题,本文提出了一种改进型纯追踪算法和自适应模型预测控制算法分段使用的插秧机无人驾驶路径跟踪控制算法。建立插秧机运动学模型,使用模糊控制改进了传统纯追踪算法,实现前视距离的动态调节,根据圆弧切线斜率的变化调节预测时域的值,实现自适应模糊预测控制。搭建Simulink仿真模型,仿真结果表明,本文设计的路径跟踪控制器超调小且收敛速度较快,仿真效果良好,直线段横向偏差最大值为1.1 cm,转弯段横向偏差最大值为2.7 cm。（3）针对无人驾驶人机交互复杂的问题,本文在Visual Studio 2019环境下,设计了使用简单的人机交互软件。采用Cserial Port串口类的串口模块开发,用于卫星导航信息和前轮转角信息的获取。利用PCAN-Basic二次编程接口开发CAN模块,用于接收倾角传感器信息和对下位机控制报文的收发。通过高斯变换获取地块的地理位置信息,根据作业方式规划作业路径,进行电子地图绘制和建立路径跟踪算法控制序列。最后是建立数据库在Visual Studio 2019中使用,综合各个模块实现用户操作管理界面的显示。（4）基于改造试验平台,进行插秧机无人驾驶系统可靠性试验。试验结果显示水泥地面直线段横向偏差最大值为2.8 cm,横向偏差平均值为1.6 cm,转弯段横向偏差最大值为3.1 cm,横向偏差平均值为2.1 cm。在水田直线段横向偏差最大值为2.8 cm,横向偏差平均值为2.1 cm,转弯段横向偏差最大值为4.1 cm,横向偏差平均值为2.6 cm,振荡最大值出现在转弯段,整体偏差值较小,系统运行稳定可靠。
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