大田播种机器人控制系统设计

本文基于不断发展的农业机器人,设计一款大田播种机器人的控制系统。整个机器人的控制系统基于机器人操作系统(Robot Operating System,ROS),将机器人分为决策单元、传感器模块和底层运动控制模块,各个模块与模块、程序与程序之间利用ROS提供的信息通信方式进行交互。具体实现的功能包括自动播种、自动定位、比例―积分―微分(Proportion Integration Differentiation,PID)控制,这些功能通过在一个双轮差速机器人前面安装一个滚筒式单行播种机,并借助全覆盖路径规划来实现。机器人的控制系统以安装ROS的树莓派3B+为核心,通过单线激光雷达获得二维激光数据并建立二维栅格地图,以此来获得周围的信息;结合二维栅格地图,通过混合了简单牛耕往复式算法计算得出最合理的路径,再由树莓派3B+向单片机发出指令,单片机向电机驱动电路发出脉冲宽度调制(PWM)信号进行控制,控制过程运用PID控制形成闭环控制。实验验证了所提出的控制系统设计有效性,结果表明,该系统能够有效控制大田播种机器人完成播种任务,并且在作业质量和效率方面较市面上大多农机具有显著优势。本研究对于进一步推动农田装备自动化、农业生产现代化具有一定的意义。