几何路径跟踪组合算法及其农业机械自动导航应用

作     者：崔鑫宇 崔冰波 马振 韩逸 张建鑫 魏新华 CUI Xinyu;CUI Bingbo;MA Zhen;HAN Yi;ZHANG Jianxin;WEI Xinhua

作者机构：江苏大学农业工程学院江苏镇江212013 江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室江苏镇江212013 

出 版 物：《智能化农业装备学报（中英文）》 (Journal of Intelligent Agricultural Mechanization)

年 卷 期：2023年第4卷第3期

页      面：24-31页

学科分类：082804[工学-农业电气化与自动化] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(32271999) 江苏省重点研发计划项目(BE2021313) 省部共建现代农业装备与技术协同创新中心资助项目(XTCX2009) 

主　　题：智能农业装备 农机自动导航 几何路径跟踪方法 Stanley模型 纯追踪算法 

摘      要：农业机械自动导航是实现精准农业的有效途径,高精度路径跟踪控制是智能农机自主作业可靠性的重要保证。为提高不同路径曲率和初始误差条件下路径跟踪算法适应性,基于两种几何路径跟踪方法自适应切换提出一种几何路径跟踪组合算法。分析纯追踪和Stanley模型在U型路径跟踪中的稳态误差和收敛特性,在恒定速度下分别设置其最优几何路径跟踪参数,以跟踪误差和路径曲率为输入量设计路径跟踪方法切换逻辑,并采用往复式梭行路径对几何路径跟踪组合算法进行测试。搭建移动小车平台对所提算法有效性进行验证,跟踪结果表明当初始误差为2.5 m时,Stanley模型较纯追踪算法有更快的收敛速度,当直线和曲线路径作业速度为1.0 m/s和0.7 m/s时,纯追踪与Stanley具有相似直线段跟踪误差,但曲率突变时纯追踪和Stanley模型最大跟踪误差分别为12.0 cm及11.0 cm。路径跟踪组合算法有效减小曲率突变时路径跟踪误差,相同速度配置下梭行路径最大跟踪误差为9.0 cm,较纯追踪和Stanley分别减小25.0%和18.2%。几何路径跟踪组合算法减少前视距离和增益系数在线优化运算量与算法复杂度,可为复杂作业场景下农机自适应路径跟踪算法设计提供工程实现参考。