【摘 要】
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科学技术的发展,持续推动插秧机与各种先进技术实现融合与创新。我国人口老龄化日益加剧、土地流转加快,使得无人驾驶插秧机需求越来越迫切,且水稻插秧机自主作业可有效解决人工操作带来的一系列问题。路径规划的研究是实现水稻插秧机自主作业的重要组成部分,合理的规划可有效提高插秧机工作效率及作业覆盖率,为水稻插秧机实现无人驾驶提供路径导航基础。主要研究如下:针对插秧机工作环境情况,建立环境模型,为避障算法研究奠
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科学技术的发展,持续推动插秧机与各种先进技术实现融合与创新。我国人口老龄化日益加剧、土地流转加快,使得无人驾驶插秧机需求越来越迫切,且水稻插秧机自主作业可有效解决人工操作带来的一系列问题。路径规划的研究是实现水稻插秧机自主作业的重要组成部分,合理的规划可有效提高插秧机工作效率及作业覆盖率,为水稻插秧机实现无人驾驶提供路径导航基础。主要研究如下:针对插秧机工作环境情况,建立环境模型,为避障算法研究奠定环境基础。通过分析对比常见建模方法,选择栅格法建立矩形地块环境模型。考虑到农田中障碍物(电线杆、电桩)形状不利于栅格法描述环境信息,采用二值膨胀算法对障碍物进行处理,处理后的障碍物边界与栅格边界重合,可有效提高路径规划精度。通过对田间全覆盖作业方式研究与分析,提出一种将往返式与外螺旋式覆盖方式结合的复合型覆盖方式,提高作业路径覆盖率。针对路径避障问题,提出一种基于栅格法建图的A~*算法与Bezier曲线优化算法结合的路径避障算法,能够准确规避障碍物,且避障路径更平滑、更有利于插秧机行走。结合插秧机工作性质,选择牛耕式作业转弯方式。针对不同作业路径方式,对不同地头转弯策略下的最短转弯路径进行分析。选择其中的弓形转弯策略提出一种坐标标记法,并为插秧机处于不同位置的路径点赋予不同符号表示,便于观察与数据收集。结合对工作区域与转弯区域的路径研究,总结出两种不同情况下的整体路径规划方案。针对复合型覆盖方式,通过数据分析验证:该覆盖方式与单一往返式相比,覆盖率明显提高,符合路径优化标准。针对凸多边形起垄作业方向选择,选取一块五边形地块,通过仿真和数据分析得出:平行于地块最长边界起垄作业与其他作业方向相比,可以获得最高作业覆盖率、最少作业转弯数,为最佳作业方向。针对提出坐标标记法,在python环境中进行仿真实验,验证了算法的可行性,为无人驾驶插秧机提供理论支持。
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