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酿酒葡萄收获机自动对行驾驶局部路径动态规划算法
1
作者
戴祯
郭延超
+5 位作者
王笑乐
张志宁
戴宝宝
杨洋
张铁
陈黎卿
《农业机械学报》
北大核心
2025年第2期124-135,共12页
葡萄精准对行采收可有效减少收获机振动机构与篱架碰撞几率,是实现大规模机械化采收的重要手段。基于Frenet坐标系下行间局部行驶场景模型,本文提出一种葡萄收获机自动对行路径规划算法。以全局作业路径为参考线,通过车载激光雷达实时...
葡萄精准对行采收可有效减少收获机振动机构与篱架碰撞几率,是实现大规模机械化采收的重要手段。基于Frenet坐标系下行间局部行驶场景模型,本文提出一种葡萄收获机自动对行路径规划算法。以全局作业路径为参考线,通过车载激光雷达实时识别前方葡萄行,利用K-means算法聚类葡萄点云;采用Lattice算法根据行驶车速对前方行驶区域动态点阵采样,基于五次多项式生成局部路径簇;以前、后轮转向极限位置为收获机轮廓特征点,进行特征点与横向条带分割的葡萄行最小包络矩形碰撞检测,并计算各条局部路径相对葡萄行和参考线的偏离代价;根据作业工况和环境条件确定葡萄行偏离参考线的决策限值,采用动态规划算法对加权求和后的偏离代价进行寻优,获得路径簇中代价最小路径作为当前局部路径;利用机器人仿真软件Gazebo和Rviz联合仿真并开展实车试验。结果表明,规划的局部路径相对葡萄行平均横向偏差为4.37 cm,最大横向偏差为10.95 cm,生成局部路径平均绝对曲率为0.0612 m^(-1),最大绝对曲率为0.2011 m^(-1)。在全局路径相对葡萄行偏移较大时,局部路径能够有效纠正偏差,满足葡萄收获作业对行驾驶要求。在单次规划6 m路径的仿真试验中,本文算法平均耗时213 ms/次,最大耗时337 ms/次;规划6 m路径实车试验中,本文算法平均耗时577 ms/次,最大耗时816 ms/次。研究结果可为葡萄园场景下农机局部路径规划提供参考。
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关键词
葡萄收获机
对行局部路径
动态撒点采样
路径偏移计算
偏离代价寻优
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职称材料
题名
酿酒葡萄收获机自动对行驾驶局部路径动态规划算法
1
作者
戴祯
郭延超
王笑乐
张志宁
戴宝宝
杨洋
张铁
陈黎卿
机构
安徽农业大学工学院
智能农业动力装备全国重点实验室
中国农业机械化科学研究院集团有限公司
出处
《农业机械学报》
北大核心
2025年第2期124-135,共12页
基金
国家重点研发计划项目(2022YFD2002001)
智能农业动力装备全国重点实验室开放课题(SKLIAPE2023012)
芜湖市科技特派员专项(311222447023)。
文摘
葡萄精准对行采收可有效减少收获机振动机构与篱架碰撞几率,是实现大规模机械化采收的重要手段。基于Frenet坐标系下行间局部行驶场景模型,本文提出一种葡萄收获机自动对行路径规划算法。以全局作业路径为参考线,通过车载激光雷达实时识别前方葡萄行,利用K-means算法聚类葡萄点云;采用Lattice算法根据行驶车速对前方行驶区域动态点阵采样,基于五次多项式生成局部路径簇;以前、后轮转向极限位置为收获机轮廓特征点,进行特征点与横向条带分割的葡萄行最小包络矩形碰撞检测,并计算各条局部路径相对葡萄行和参考线的偏离代价;根据作业工况和环境条件确定葡萄行偏离参考线的决策限值,采用动态规划算法对加权求和后的偏离代价进行寻优,获得路径簇中代价最小路径作为当前局部路径;利用机器人仿真软件Gazebo和Rviz联合仿真并开展实车试验。结果表明,规划的局部路径相对葡萄行平均横向偏差为4.37 cm,最大横向偏差为10.95 cm,生成局部路径平均绝对曲率为0.0612 m^(-1),最大绝对曲率为0.2011 m^(-1)。在全局路径相对葡萄行偏移较大时,局部路径能够有效纠正偏差,满足葡萄收获作业对行驾驶要求。在单次规划6 m路径的仿真试验中,本文算法平均耗时213 ms/次,最大耗时337 ms/次;规划6 m路径实车试验中,本文算法平均耗时577 ms/次,最大耗时816 ms/次。研究结果可为葡萄园场景下农机局部路径规划提供参考。
关键词
葡萄收获机
对行局部路径
动态撒点采样
路径偏移计算
偏离代价寻优
Keywords
grape harvester
row alignment path planning
dynamic sprinkling sampling
path offset calculation
offset cost optimization
分类号
S225.93 [农业科学—农业机械化工程]
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职称材料
题名
作者
出处
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被引量
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1
酿酒葡萄收获机自动对行驾驶局部路径动态规划算法
戴祯
郭延超
王笑乐
张志宁
戴宝宝
杨洋
张铁
陈黎卿
《农业机械学报》
北大核心
2025
0
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