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用于设施农业中的四轮独立驱动高地隙小车

来源:工程学院 作者:工程学院 发表时间:2015/12/4 12:25:50

2009年以来,华南农业大学针对设施农业自动导航小车进行了深入的研究,自主设计额四轮独立驱动高地隙小车结构、驱动电路以及基于视觉的导航控制等问题。该小车由蓄电池提供电源、轮毂式无刷电机驱动,具有全方位转向系统、遥控和自动导航功能,通用性和可拓展性强。电源采用DC48V80Ah,额定功率2180W,行走速度0-30km/h,总重200kg,车高120cm,跨度90cm。目前,该小车能在各种田间路面和草地上稳定可靠运行,自主行驶速度大于20km/h,爬坡度为 8°。在空载情况下能匀速运行810h,带额定负载 250 kg 情况下能匀速运行45h,有较好的负载性能,满足农业运输及设施农业作业的需求,减轻人的体力劳动,提高生产效率。

采用计算机(或DSP DM642)和STM32F103构成上下位机的路径识别导航控制系统。上位机主要实现了图像采集,图像处理和串口传输等功能,下位机主要实现了运动学解算,模糊控制和CAN总线的双向传输等功能。

为了能够在设施农业的环境下对小车姿态进行调整,小车采用对称的四轮阿克曼转向机构,以实现小车的直线行驶、转弯、自旋和平移等功能。利用STM32F103对小车进行运动学解算得出4个驱动轮的速度,然后对每个驱动电机进行转矩分配,控制 4 台用于驱动的无刷直流轮毂电机、2台转向直流电机以及 2 台制动用直流电机。系统通过对四个轮毂电机的速度闭环控制实现了电子差速,通过对转向电机的角度闭环控制实现了电子差角。

系统提出了用于路径检测的图像处理算法,其中包括利用RGB2GRBHSV颜色空间来识别不同颜色的路径或导航线,利用中心线法和Hough变换来提取路径(其中Hough变换分为单区域的Hough变换和双区域的Hough变换),并与小车相适应的驱动控制算法相结合,实现小车的自主导航与跟踪控制。经过对不同颜色的标识线、绿色植物与裸露的地面的分界线等一系列路径识别实验和导航控制实验,结果表明系统适应性好、抗干扰能力强,稳定性高、实时性好,有着广阔的应用前景。

 

 

 

 

小车运行图

路径导航

 

立体视觉避障

 

联系人:张铁民;邮 箱:tm-zhang@163.com


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