油菜播种是油菜机械化生产中的重要环节,课题组研发的2BFQ-6型油菜精量联合直播机整机集成程度高,挂载于拖拉机上构成直播机组,田间作业时能够一次性完成油菜精量播种、旋耕开沟、施肥覆土等环节,提高了油菜机播生产效率。然而直播机组对行作业过程中需要农机驾驶员手、脑、脚、眼并用,以保证对播种路径准确跟踪,这对农机手体力和经验具有很高要求,开展基于视觉导航技术的油菜直播机组田间作业路径跟踪的研究对于进一步降低机手劳动强度、提高作业质量、提升机具智能化水平等具有积极意义,本文针对基于视觉的油菜直播机组田间作业路径跟踪控制展开了相关方面初步的探索和研究,具体研究内容总结如下:(1)设计了由硬件和软件组成的油菜直播机组视觉导航系统。硬件部分主要包括工控电脑、工业相机、NI数据采集卡、电源、步进电机等;软件部分在Windows7操作系统下采用VS2012使用C++结合OpenCV编写MFC界面程序加以实现。整套系统实现了路径识别、直播机组前轮转向控制、路径跟踪与控制等功能。(2)提出了一种结合改进随机抽样一致性算法(RANSAC)和最小二乘法的油菜直播机对行作业田间路径识别算法。首先,为了在大尺度低分辨率下观察田间路径宏观轮廓,对灰度化后的图像进行提升小波变换。然后利用直播机组已播种区与未播种区图像对比度大的特点获取路径特征点集。最后通过结合预检验和后处理校正的改进随机抽样一致性算法,区分特征点集的内外点,并对内点集运用最小二乘法进行田间路径直线拟合,获取图像路径参数。田间图像测试表明:该方法可以适用于直播机组自动对行作业路径识别,识别正确率在90%以上,每帧图像处理时间在55ms以内。(3)设计了用于路径跟踪控制的模糊控制器。首先根据相机针孔成像模型得到了实际路径与图像检测路径之间的数学关系,然后结合直播机组简化二轮阿克曼转向模型,分析了图像检测路径在直播机靠近与远离田间路径时的变化规律,最后在此基础上设计了根据图像路径变化信息推测直播机组位姿变化的模糊控制器用于直播机组路径跟踪与控制,并通过MATLAB的Simulink工具箱进行仿真,验证了设计的模糊控制器理论上的可行性。(4)设计了用于控制前轮转向的PD控制器。针对已经改造的直播机组步进电机转向系统的转向特性进行了研究,得知输入PWM信号在50~900Hz的区间内时,前轮转向角速度随着频率的增加而增加,在900Hz时达到最高12.6°/s;由此得到PD控制器控制量的输出范围,经过试验调试后,确定控制器系数P=250,D=80,控制周期T=40ms,前轮转向的控制精度达到0.5°,能够满足直播机组作业路径跟踪转向控制的要求。(5)田间与路面试验表明:油菜直播机组以慢3档、中2档、中3档(速度分别对应0.5m/s、0.8 m/s、1.0 m/s)在水泥路面上进行路径跟踪时,最大横偏距分别控制在7.8cm、9.6cm和14cm,在田间进行作业路径跟踪时最大横偏距分别控制在12cm、14cm和28cm。