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智能农业装备被中国制造2025计划列为发展领域之一,无人驾驶技术是智能农业装备研究的一个热点问题。插秧机的无人驾驶技术能够提高作业效率、有效避免漏作业和重作业、可以减轻作业者的劳动强度,但是工况相对复杂、成本及精度要求高等因素制约了其大范围的应用。为解决插秧机精度要求高及智能化程度低等问题,本文对插秧机进行自动化改装,并对无人驾驶技术的全局覆盖路径规划和路径跟踪控制算法进行研究。主要研究内容如下:(1)搭建无人驾驶插秧机硬件平台。针对传统插秧机智能化程度低的问题,以井关PZ60型插秧机为试验平台,通过安装电动方向盘、GPS接收机、转角传感器等,对插秧机进行自动化改装。(2)对目标地块进行静态全局覆盖路径规划。以有效作业路径占比最大为优化目标,提出了一种路径规划方法。首先通过GPS仪器测量目标地块的边界坐标,经高斯投影将地块边界坐标转化为平面坐标;其次确定插秧机的转弯形式和作业方向,对地块进行内部区域的划分,并完成直线段和转弯段的路径规划;最后将预定义路径生成便于插秧机识别的控制序列,并将控制序列导入到上位机软件中,从而完成了路径规划的系统实现。(3)针对插秧机无人驾驶的路径跟踪问题,提出了一种组合控制算法。首先分析直线段的路径跟踪要求,综合模糊控制和纯追踪模型的特点,设计了改进型纯追踪模型,基于模糊控制原理设计控制器,输入速度与横向偏差,输出前视距离,以达到动态调整纯追踪模型的目的;其次针对转弯段的路径跟踪问题,提出了一种基于模糊PID的转向控制方法,根据模糊控制原理通过输入横向偏差和偏差变化率,实现对PID控制参数的在线调整。对组合控制算法进行仿真验证,结果表明:横向偏差最大值为6.8cm,平均值为2.7cm,在转弯处振荡较大,总体跟踪效果良好。(4)对插秧机无人驾驶控制系统进行试验验证。以改装后的井关插秧机为试验平台,分别在平坦的水泥路面和水田进行无人驾驶试验。试验结果:当插秧机在水泥路面直线段行驶时,横向偏差的最大值为4.9cm,平均值为2.6cm;当插秧机在水田直线段行驶时,横向偏差的最大值为6.4cm,平均值为4.3cm。验证了所设计无人驾驶控制系统可以较为准确地实现对预定义路径的跟踪。