农机无人自动驾驶的避障路径优化与控制

《农业工程学报》2019年第35卷第19期刊载了扬州大学等单位奚小波、史扬杰、单翔、张琦、金亦富、龚俊杰、张剑峰与张瑞宏的论文——“基于Bezier曲线优化的农机自动驾驶避障路径控制方法”。该研究由国家重点研发计划（项目号：2016YFD0700903）等资助。

农机自动驾驶技术是精准农业实施的关键与基础，农机无人自动驾驶是农机自动驾驶的发展方向与趋势。农机在田间作业时可能遇到电线杆、电塔桩、树木等障碍物，需要农机能自动绕过障碍物并迅速回到原有作业路线，因此自动避障是农机无人驾驶的必要技术条件。

该文针对最短切线路径曲线曲率不连续、跟踪控制精度差及农机运动模型精度低等缺点，采用三阶Bezier曲线优化法形成连续平滑农机避障路径，通过链式控制理论建立农机运动线性控制模型，利用PI控制器进行转角补偿，并进行了控制方法的仿真和犁耕作业试验。

仿真结果表明：农机行驶的航向误差角在-0.06~0.06 rad，横向位置误差小于13 cm，前轮转向角变化平缓，没有显著突变，说明该方法控制精度较高，农机能够按预设轨迹行驶。犁耕作业试验结果表明：Bezier曲线部分的避障精度为5.21 cm，曲线路径的跟踪控制效果较好；避障后农机继续沿直线行驶的精度为1.98 cm，说明该方法可保证农机在避障后恢复直线自动驾驶。

该避障路径控制方法在不平整犁耕地中具有较好的鲁棒性和适应性，可满足拖拉机作业的避障要求，同时该避障路径规划与控制方法也可适用于拖拉机田间调头作业，可为农机全程无人化自动驾驶提供技术依据。