履带式电动微耕机自动导航系统设计与试验

U226.8+1; 为提高微耕机智能化程度,满足日益增强的"以机代人"需求,该研究设计了一种适用于园艺环境的履带式自动导航电动微耕机.首先,以搭载ROS系统(robot operating system)的英伟达Jetson Orin Nano为主控,建立导航控制系统,并与电动微耕机底层通讯.其次,基于卡尔曼滤波法和扩展卡尔曼滤波法,根据粗差对扩展卡尔曼滤波状态估计的影响,提出改进抗差自适应扩展卡尔曼滤波法,以纠正单项错误和多个特殊误差,从而最大程度限制并降低粗差对北斗引导PVT(position、velocity、time)解算的负面影响,并提高定位精度和信号稳定程度.采...

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Published in农业工程学报 Vol. 40; no. 23; pp. 63 - 72
Main Authors 王家博, 魏文波, 王广阔, 高菊玲, 肖茂华, 鲁植雄, 王光明
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 江苏农林职业技术学院机电工程学院,镇江 212400%南京农业大学工学院,南京 210031%江苏农林职业技术学院机电工程学院,镇江 212400%山东农业大学机械与电子工程学院,泰安 271018 01.12.2024
南京农业大学工学院,南京 210031
Subjects
agricultural machinery
履带式电动微耕机
automatic navigation
参数优化
旋耕
positioning
定位
crawler type electric micro-tiller
rotary tillage
parameter optimization
自动导航
农业机械
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ISSN1002-6819
DOI10.11975/j.issn.1002-6819.202405182

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Summary:U226.8+1; 为提高微耕机智能化程度,满足日益增强的"以机代人"需求,该研究设计了一种适用于园艺环境的履带式自动导航电动微耕机.首先,以搭载ROS系统(robot operating system)的英伟达Jetson Orin Nano为主控,建立导航控制系统,并与电动微耕机底层通讯.其次,基于卡尔曼滤波法和扩展卡尔曼滤波法,根据粗差对扩展卡尔曼滤波状态估计的影响,提出改进抗差自适应扩展卡尔曼滤波法,以纠正单项错误和多个特殊误差,从而最大程度限制并降低粗差对北斗引导PVT(position、velocity、time)解算的负面影响,并提高定位精度和信号稳定程度.采用梭式路径规划方法开展导航试验并记录定位数据,对比不同定位数据处理方法x、y、z轴定位误差标准差.结果表明,本研究提出的改进抗差自适应扩展卡尔曼滤波法在提高定位精度和信号稳定性方面具有一定优势.以车速、耕深、旋耕刀转速为试验因素,以碎土率为评价指标,设计Box-Behnken试验;对试验结果进行方差分析,建立评价指标与试验因素的回归模型.以提高碎土率为寻优目标,对作业速度、耕深、旋耕刀转速进行寻优求解,获得较优参数组合为作业速度1.4km/h,耕深6 cm,旋耕刀转速234 r/min.开展田间耕作试验,碎土率可达95.8％,表明履带式自动导航电动微耕机具有较优的作业质量,满足园艺环境的旋耕作业要求.
ISSN:1002-6819
DOI:10.11975/j.issn.1002-6819.202405182