基于模型预测控制的履带式除草机器人设计与试验

针对丘陵山区果园除草作业困难、除草效率低、智能化水平不高等问题,设计了一种小型山地果园除草机器人。为提高履带式除草机器人作业路径的跟踪精度,开展了履带式除草机器人路径跟踪控制算法研究。采用“倒三角形旋接结构”设计了一种仿形浮动底盘,搭载“Y型”甩刀组件进行粉碎除草作业,由增程式油电混合动力系统提供动力支持,针对斜坡转向滑移大等问题提出了基于模型预测控制(MPC)的斜坡转向控制策略,采用往返式路径规划方法对果园进行全覆盖路径规划,结合BDS定位导航技术及全覆盖路径规划方式,确保履带式除草机器人在作业过程中具备高跟踪精度。构建履带除草机器人运动学模型,在MATLAB软件中,对履带除草机器人在斜坡上的转向动力学及其控制策略进行了仿真分析。仿真试验结果表明,设计的坡面转向模型在15°条件下路径跟踪平均误差仅为0.039 m,展现了良好的精确度。田间试验表明,提出的MPC控制器能够有效改善坡面转向工况下路径跟踪效果,在坡度角为15°时,上下坡工况下平均误差相较于PID控制器分别减小了51.76%,63.77%。融合北斗导航功能的除草机器人,有效除草率高于97%,可在25°坡面上正常行走。该研究成果为丘陵山地除草机器人的研制提供了参考。

智能高效株间锄草机器人研究进展与分析

非化学方式除草是摒弃除草剂、生产有机农产品的前提,传统的中耕锄草机主要解决行间锄草,由于株间苗草集聚,机械锄草难度较大,目前主要依靠人工,劳动成本高且效率低。智能株间锄草机器人是一种能够实时识别作物行和苗草信息,并能控制株间锄草刀高速作业的自动锄草装备,具有智能、高效、环保等特点,可大大减少劳动力,提高锄草效率,降低锄草成本。该文主要对近年来国外研究较为成熟的株间锄草机器人进行介绍,概述了中国该方面的研究进展,对苗草信息获取、对行、锄草装置、驱动方式、时速等几个技术点进行分析和比对,提出了如何提高信息获取速度,增强系统实时性,以及如何改进机器视觉标定方法,提高苗草定位准确性是苗草信息获取技术存在的关键问题,强调了锄草装置在系统中的重要性;针对不同形态作物、不同土质土壤研制针对性强、锄草效果好的锄草装置是锄草机器人的基础,同时由于系统集成性及动力系统与速度匹配仍无法满足田间高负载、高速的锄草作业要求,因此加强该方面研究力度,研制使用性强、效率高的株间锄草机器人仍是中国的研究重点和方向。最后,提出多传感器融合、模块化、小型化的株间锄草机器人将是未来发展趋势,是实现中国农业有机、精准、高效生产的重要依据。

基于直接施药方法的除草机器人

研究了控制农田杂草的直接施药方法,并研制了基于该方法的除草机器人。计算机从摄像头采集的地面图像中识别出杂草目标,然后通过伺服控制器来控制机械臂动作,末端执行器切割杂草并涂抹除草剂。田间和温室的化学除草试验表明,利用直接施药方法,极其微量的药物即可除掉杂草。该研究减少了除草剂用量并消除雾滴飘移现象,保护了生态环境。

水田小型除草机器人平台控制系统设计与测试

基于C8051F340单片机设计了一种适用于水田作业环境下的除草机器人平台控制系统,简述了控制系统的硬件组成、设计原理和软件设计的思想与结构。系统主要由车载控制模块、PC端转译发射模块、遥控端控制模块三部分组成,可实现自动导航控制及手动遥控两种功能。田间测试结果表明:系统可实现水田环境下机器人平台的平稳行走控制,可进行8个自由度的运动,平台行走速度为0.2m/s,具有30ms的快速反应速度;配置机械弹性触觉除草器进行试验,除草率和伤苗率分别为81.3%和3.6%。

智能除草机器人研究现状与展望

杂草控制是农业生产中必然面临的重要问题,随着机器人技术、自动化技术融入农业生产,各类除草机器人应运而生,有效地减少了化学药剂对环境的污染。本文综述了除草机器人的智能感知技术、机器人平台和除草装置3个部分的研究现状,分析了作物行与杂草识别技术、除草机器人平台结构和机械除草装置智能化控制方式等存在的不足,并从智能化感知、精准化除草、高效化作业和智慧化管理等4个方面对智能除草机器人的未来发展趋势进行了展望。

智能农业除草机器人研究现状与趋势分析

智能农业除草机器人融合了环境分析、路径导航、视觉识别和运动控制等多种技术,是应用于精准农业中除草作业的智能机器人系统,作为农业机械化研究的热点备受国内外学者关注;对除草机器人的国内外研究现状进行了梳理,进一步分析了除草机器人的特点与优势;总结了除草机器人系统控制、移动导航和机器视觉等关键技术的研究进展,指出关键技术的发展前景与空间;结合除草机器人的技术研究特点与市场环境分析了其未来发展趋势;针对目前除草机器人存在的问题提出解决思路与研究方法,为除草机器人智能化、自动化和集成化发展研究提供理论参考。

机械化除草装备与技术研究现状及发展趋势

除草是农业生产过程中不可或缺的一环,国内目前农田杂草防除主要以化学除草为主,但长期使用化学除草会造成杂草抗性上升、农业环境污染、农作物药害等问题,机械除草在无上述危害的同时还可改善土壤环境、促进作物生长发育,有效替代化学除草。为能给我国机械除草高新技术推广提供参考,本文将现今国内外除草机械划分为水田除草机械、旱田除草机械与除草机器人系统,对其研究现状和发展动态进行阐述和剖析,并结合绿色农业相关研究、发展要求与我国目前接近7000万hm 2化学除草面积的客观情况,提出构建“以机械防治为主,机械-化学防治并举”的协同防治思路,最后总结出国内机械除草装备向着信息化、仿生化、复合化、模块化等方向发展的趋势。

基于STM32单片机的智能激光除草装置

基于STM32F429IGT6单片机,设计出一种能够智能识别杂草,并可通过转动舵机完成激光瞄准、除草的装置。该装置利用摄像头模块采集道路状况信息与农作物图像,利用WiFi模块完成图像的上传与控制信号的下达,利用舵机调整激光器的发射角度以实现精准除草。该装置极大地降低了除草机器人的生产制作成本,提高了除草效率,有效助推农业生产的自动化、智能化。

大棚智能除草机器人设计

针对大棚内除草环境复杂,且杂草种类繁多导致识别困难的特点,设计了一种机械式智能除草机器人。对试验田数据进行采集后,使用Yolov5模型进行150次迭代训练,最终训练出模型平均精度(map50)为82%,为了提高识别准确率,迭代次数增加到300次,最终模型平均精度(map50)为91%,机器人使用了Jetson Orin nano开发板为处理器,Intel D435深度摄像头进行数据采集,图像处理时间为1.2 ms,满足实时处理要求。采用机械式除草,减少了农药使用,该研究可为以后智能除草设备设计提供参考。

履带式除草机器人高地隙移动平台机构优化设计

针对田间除草机械化水平低导致生产效率低下的问题,设计了一种履带式除草机器人移动平台。此移动平台可以实现一机多用、多行作业、灵活机动。结合田间种植模式和农艺要求,确定了适合高秆作物田间管理作业需求的高地隙移动平台总体方案。对传动机构、履带机构、车架结构进行了设计。以理论计算、运动仿真的方法分析了移动平台的稳定性,2种方法结果基本一致,得出移动平台上、下坡与横向倾覆角分别为43.62°、43.02°、42.3°。在农田实际工况下对样机进行了性能试验,结果表明移动平台行进速度范围为0.4~6 km/h,远程摇控距离>450 m,可承载150 kg负载并稳定移动,能顺利实现原地转向,满足除草装置的运载与作业需求。