基于多源信息融合的果园拖拉机自主驾驶系统研究

发布时间：2023-12-10 07:46

　　实现果园拖拉机的自主驾驶是提高中国果业生产力的重要途径,是中国现代化精细农业发展的重要方向。自主驾驶系统本身包含多种要素,其中最关键的三个部分为感知定位、决策控制和执行。本文将围绕这三个关键部分对果园拖拉机的自主驾驶系统进行设计研究。(1)设计并搭建适应拖拉机车况的软硬件平台。针对拖拉机的车况,在拖拉机的方向盘上加装驱动装置,并通过直接测量前轮转角来检测转向情况,保障检测结果的实时性和准确性。为了使系统运行过程更合理高效,软件平台分成上下级软件系统,上位机采用ROS分布式软件平台,下位机采用轻量级嵌入式系统,以满足控制器和执行器各自不同的需求。(2)研究基于多源信息融合的感知定位方法。针对果园环境,选择果树作为地标点构建果园地图,并提出基于雷达点云的空间特征识别果树的新方法。另外,深入研究EKF SLAM算法在果园环境下的应用方法,通过对雷达、GNSS和INS三者的信息进行多源信息融合,提高感知定位系统的性能,增强自主驾驶系统对果园的适应性。(3)研究适应果园环境的决策控制策略。根据果树分布的特点,将路径规划分为全局路径规划和行间路径规划。全局路径规划采用梭行法,以减少感知定位系统的误...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题来源
    1.2 研究背景和意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 感知定位方法研究现状
        1.3.2 决策控制策略研究现状
    1.4 主要研究内容及创新点
    1.5 本章小结
第二章 适应果园拖拉机特征的软硬件平台
    2.1 硬件系统
        2.1.1 总体结构设计
        2.1.2 感知定位传感器
        2.1.3 上、下位机控制器
        2.1.4 基于闭环控制的执行装置
        2.1.5 实际搭建结果
    2.2 软件系统
        2.2.1 基于ROS的上位机软件系统
        2.2.2 基于轻量级嵌入式系统的下位机软件系统
    2.3 本章小结
第三章 基于多源信息融合的拖拉机感知定位方法
    3.1 限定果园环境的SLAM系统模型
    3.2 限定果园环境的EKF SLAM算法流程
    3.3 基于多源信息融合的EKF SLAM算法的改进
    3.4 EKF SLAM实验对比及分析
    3.5 多源信息的处理
        3.5.1 基于点云特征的果树识别方法
        3.5.2 基于经纬度特征的导航数据滤波
        3.5.3 多源信息坐标系的统一
        3.5.4 多源信息时间戳的统一
    3.6 本章小结
第四章 限定果园环境的拖拉机决策控制策略
    4.1 适应果树分布的果园路径规划
        4.1.1 基于拖拉机车况的果园全局路径规划
        4.1.2 基于霍夫变换的果园行间路径规划
    4.2 基于前视距离模糊自适应的路径跟踪
        4.2.1 拖拉机的运动学模型
        4.2.2 前视距离模糊自适应的纯追踪模型
        4.2.3 用于补偿侧滑的前馈控制
        4.2.4 路径跟踪仿真试验与结果分析
    4.3 本章小结
第五章 实车试验与结果分析
    5.1 试验场景
    5.2 试验方法
    5.3 试验结果及分析
        5.3.1 树木定位精度分析
        5.3.2 试验场景建图精度分析
        5.3.3 路径规划结果分析
        5.3.4 路径跟踪精度分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
作者简介



本文编号：3872081