Investigación sobre el seguimiento de caminos para un robot cortacésped de huertos basado en control predictivo en cascada y control de tracción antideslizante
Autores: Li, Jun; Wang, Sifan; Zhang, Wenyu; Li, Haomin; Zeng, Ye; Wang, Tao; Fei, Ke; Qiu, Xinrui; Jiang, Runpeng; Mai, Chaodong; Cao, Yachao
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Investigación sobre el seguimiento de caminos para un robot cortacésped de huertos basado en control predictivo en cascada y control de tracción antideslizante
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Agronomía y Ciencia de los Cultivos
Palabras clave
Robots de corte de huertos
Seguimiento de trayectoria
Navegación autónoma
Tasa de deslizamiento
Control difuso
Precisión de control
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 24
Citaciones: Sin citaciones
En entornos de huertos complejos, los robots cortacésped de huertos son propensos al deslizamiento longitudinal debido a las características de los neumáticos y las condiciones de adherencia de la superficie de la carretera, lo que dificulta que los robots mantengan un seguimiento preciso de la trayectoria y una posición de navegación autónoma. Esto no solo afecta la precisión del seguimiento de la trayectoria, sino que también conduce a un movimiento inestable para los robots cortacésped. Para resolver los problemas mencionados anteriormente, tomamos un robot cortacésped de huertos como objeto de control y establecemos un controlador de seguimiento de trayectoria en cascada y un modelo adaptativo de dominio temporal basado en un modelo cinemático. Al diseñar un modelo de error lineal, una función objetivo y condiciones de restricción para el robot cortacésped, se obtienen la velocidad lineal óptima y la velocidad angular de la cortadora y se convierten en la velocidad de las ruedas motrices. Luego, se diseña un controlador de conducción antideslizante basado en el control difuso de la tasa de deslizamiento. El controlador difuso basado en la tasa de deslizamiento se construye de acuerdo con la velocidad en tiempo real de la cortadora y la velocidad de referencia de las ruedas motrices resuelta por el controlador predictivo del modelo, y el control de conducción antideslizante se implementa mediante una combinación de un controlador PID y un modelo de dinámica de neumáticos. Para verificar la efectividad del método propuesto, se realizan simulaciones y experimentos de campo. Los resultados experimentales muestran que la tasa de deslizamiento de la rueda motriz de la cortadora se mantiene dentro del rango de tasa de deslizamiento objetivo en el entorno de trabajo del huerto, evitando un deslizamiento excesivo de las ruedas motrices. Además, el error lateral promedio del controlador de seguimiento de trayectoria se mantiene dentro de 0.05 m, y el valor promedio del error longitudinal se mantiene dentro de 0.04 m, lo que satisface los requisitos de precisión de control de las operaciones de cortacésped. El método propuesto proporciona un esquema de optimización de referencia para mejorar el seguimiento de trayectoria y la estabilidad del movimiento de un robot cortacésped.
Descripción
En entornos de huertos complejos, los robots cortacésped de huertos son propensos al deslizamiento longitudinal debido a las características de los neumáticos y las condiciones de adherencia de la superficie de la carretera, lo que dificulta que los robots mantengan un seguimiento preciso de la trayectoria y una posición de navegación autónoma. Esto no solo afecta la precisión del seguimiento de la trayectoria, sino que también conduce a un movimiento inestable para los robots cortacésped. Para resolver los problemas mencionados anteriormente, tomamos un robot cortacésped de huertos como objeto de control y establecemos un controlador de seguimiento de trayectoria en cascada y un modelo adaptativo de dominio temporal basado en un modelo cinemático. Al diseñar un modelo de error lineal, una función objetivo y condiciones de restricción para el robot cortacésped, se obtienen la velocidad lineal óptima y la velocidad angular de la cortadora y se convierten en la velocidad de las ruedas motrices. Luego, se diseña un controlador de conducción antideslizante basado en el control difuso de la tasa de deslizamiento. El controlador difuso basado en la tasa de deslizamiento se construye de acuerdo con la velocidad en tiempo real de la cortadora y la velocidad de referencia de las ruedas motrices resuelta por el controlador predictivo del modelo, y el control de conducción antideslizante se implementa mediante una combinación de un controlador PID y un modelo de dinámica de neumáticos. Para verificar la efectividad del método propuesto, se realizan simulaciones y experimentos de campo. Los resultados experimentales muestran que la tasa de deslizamiento de la rueda motriz de la cortadora se mantiene dentro del rango de tasa de deslizamiento objetivo en el entorno de trabajo del huerto, evitando un deslizamiento excesivo de las ruedas motrices. Además, el error lateral promedio del controlador de seguimiento de trayectoria se mantiene dentro de 0.05 m, y el valor promedio del error longitudinal se mantiene dentro de 0.04 m, lo que satisface los requisitos de precisión de control de las operaciones de cortacésped. El método propuesto proporciona un esquema de optimización de referencia para mejorar el seguimiento de trayectoria y la estabilidad del movimiento de un robot cortacésped.