棚架果园自主导航机器人快速上线方法与试验

摘要

棚架果园是一种适用于葡萄、梨和猕猴桃等水果的枝蔓布于架上的果树种植方式,棚架果园环境对卫星信号遮挡严重,现有研究多通过分析果园局部环境特征实现农机的自主导航作业.自主导航的行头上线性能影响生产作业的质量和效率.为了实现棚架果园环境下基于相对定位导航方式机器人的快速上线,该研究提出了一种基于电子罗盘与激光雷达航向信息融合的位姿检测方法,依据精准位姿信息规划上线轨迹和最优上线角以实现快速的上线.该系统作业时,通过触控串口屏人机界面向控制器输入先验棚架朝向信息,融合电子罗盘和激光雷达航向信息获得机器人相对于果树行的精准位姿,按照位姿偏差指标的不同阈值进行车体位姿状态归类并触发相应上线轨迹程序,并以求解的最优上线角度实现快速上线.在模拟棚架葡萄园环境中以自主研发的葡萄生产机器人为试验平台开展快速上线性能试验.试验结果表明:在恒定速度0.3 m/s、初始横向偏差1.4 m和航向偏差-π/4,-π/18,0,π/18,π/4的条件下,上线时间分别为6.11、7.15、7.46、7.74、8.90 s,上线距离分别为1.357、1.367、1.387、1.383、1.403 m.该研究以最优上线角完成自主导航系统快速上线,可为棚架果园无人化作业技术研究提供参考.