农业机器人广泛应用于温室内的物料运输和信息采集,如今随着国内外针对农用车辆导航技术的研究不断深入,基于温室非结构化特点的设施农业作业车辆行走导航成为研究的关键技术之一。针对我国温室垄间空间结构狭小的特点,本文设计了一种具有协同作业及定点巡航功能的磁导式车辆控制系统及装备,利用磁导航技术实现作业车辆在温室垄间的自主导航,并设计模糊PID路径跟踪算法提高导航精度,并利用MATLAB/Simulink对该控制系统模型进行仿真分析。在磁导航的基础上,通过加权融合算法提高测距模块的测量精度,实现作业车辆的精准跟随;通过磁地标传感器实现车辆在温室内的定点巡航。为了验证控制系统可行性,本文设计研制磁导式作业车辆行走控制系统硬件,并结合软件系统的设计和调试,在温室垄间进行试验验证。论文主要研究内容如下:(1)根据温室作业车辆行走机构的性能指标,采用履带式行走机构实现车辆在温室垄间的自动导航。针对温室作业车辆转向控制问题,提出基于履带式温室生境信息采集车辆结构,以导航速度和导航过程中磁导航传感器中心点与预设导引路径的横向偏差为变量,建立温室车辆运动模型。。(2)根据磁导式温室履带车辆协同作业和定点巡航功能的设计要求,对车辆控制系统主体结构进行介绍,并对构成控制系统的主控制器、磁导航模块、测距模块、定位模块、驱动模块、电源模块进行选型和相关电路设计。重点对主控制器模块和传感器模块进行详细分析和描述,并设计STC15W4K56S4单片机最小系统电路,其中包括电源电路、时钟电路和复位电路。由于控制系统上电时的不稳定状态或者运行过程中的程序跑偏等情况,通过外部复位电路手动恢复控制系统初始化工作状态。采用16个霍尔传感器组成磁信号检测整列,提高导航信息检测的稳定性问题。在温室作业车辆行走控制系统硬件设计的基础上,构建行走控制系统软件,从而协调各功能模块的有效运行。针对各功能模块的实现流程给出磁导式温室作业车辆控制系统软件结构,通过C语言在Keil?Vision4开发环境下对程序进行编译。(3)对温室作业车辆行走控制系统算法进行设计和仿真验证。采用加权融合算法对测距模块不同传感器的测量值进行加权融合。采用模糊PID算法作为作业车辆的导航算法,根据温室作业车辆行走系统运动模型,在MATLAB/Simulink平台中建立作业车辆路径跟踪仿真系统,结果表明:行走控制系统能够根据偏差信号,在0.5 s内恢复到稳定状态;当系统达到稳定状态时加入尖峰干扰脉冲信号,系统能够在0.5s内恢复稳定,验证该算法的可行性和有效性。(4)以履带式温室生境信息采集车辆为实验平台,在江苏大学温室进行导航试验。试验结果表明:在温室垄间地面,当行驶速度为1 m/s时,作业车辆的人机跟随距离误差小于5 cm;当车辆的行驶速度为0.4-1 m/s时,在定点巡航试验中,驻车后车辆中心与设定的生境信息监测点的距离不超过0.3 cm;当作业车辆行驶速度为1m/s时,5 m内的直线段导航横向误差小于2.6 cm;当车辆在温室垄头以半径为0.75m实现圆曲线路径跟踪,作业车辆的行驶速度不超过0.3m/s时,路径跟踪的最大横向偏差为2.7 cm。试验结果验证控制算法具有较好的鲁棒性与实时性。