果園作業機器人的自主行間導航系統研究

摘要：【目的】掛載多種農機具的果園作業機器人能減少果園勞動力投入、降低水果生產成本并提高果園生產效率,其中自主導航系統是果園作業機器人應用研究的重點和難點。【方法】文章針對果園作業機器人GPS導航過程中定位信號易受樹葉遮擋及多路徑效應干擾等問題,以果園作業機器人初始位置為原點建立世界坐標系,采用拓展卡爾曼濾波算法對通過三維激光雷達結合RANSAC算法獲取的果園行直線進行優化,設計結合差速模型和純跟蹤算法的果園自主行間導航算法,并以該算法為基礎開發果園作業機器人自主行間導航系統,驅動果園作業機器人沿樹行中心行駛并完成自主調頭進入下一行的工作。【結果】(1)根據現代化矮化密植果園的環境,果園自主行間導航算法能根據兩側果樹行的三維點云,自主生成穩定的導航位置;(2)果園作業機器人能夠沿果園行中心位置勻速行駛,并能夠實時根據果園行的變化來修正自身的位姿。當速度在0.4 m/s時候,機器人運動的橫向平均偏差為0.1 m,航向平均偏差為1.04°;(3)基于果園行寬相等的條件,果園作業機器人能夠在行尾自主調頭進入下一行,之后沿行內中心位置繼續行駛。【結論】該文果園自主行間導航系統設計合理,算法穩定性高,導航精度高,不受駕駛路況的影響,能夠滿足現代化矮化密植果園作業的自主行駛需求。