基于单线激光雷达的果园车辆地头导航方法

摘要

果园车辆导航包括行间引导和地头转向，地头转向主要采用开环控制，难以适应果园地面不平整以及车辆有初始偏差的复杂情况，阻碍了果园智能化作业的全程覆盖。针对上述问题，提出一种基于单线激光雷达(light detection and ranging, LiDAR)的果园车辆地头导航方法，引导车辆沿圆弧导航路径实施地头转向。导航电控系统采用上下位机结构，上位机首先读取单线LiDAR实时采集的果园数据，从中提取圆弧导航路径并计算导航偏差；然后采用纯追踪算法求取车辆目标角速度，将其发送给下位机，下位机控制车辆按照目标角速度转向。实验在株行距5 m×5 m的核桃园进行，在车速0.2 m/s、初始横向偏差±25和±50 cm、航向偏差±10°和±25°的条件下，该方法能够在地头转向结束后将横向偏差控制在±9 cm以内、航向偏差控制在±5°以内。本研究方法是对基于单线LiDAR的果园车辆导航方法的补充和完善，实验结果表明，该方法的抗干扰能力较强，能够有效削弱土地不平整和车辆初始偏差给地头导航带来的影响。

关键词

地头导航 / 果园车辆 / 单线激光雷达 / 路径提取 / 路径跟踪