Maquinaria agrícola seguimiento de trayectoria con curvaturas variables basado en un método de persecución pura mejorado
Autores: Zhou, Jiawei; Wen, Junhao; Yao, Liwen; Yang, Zidong; Xu, Lijun; Yao, Lijian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Maquinaria agrícola seguimiento de trayectoria con curvaturas variables basado en un método de persecución pura mejorado
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas Generales
Palabras clave
Investigación sobre seguimiento de trayectorias
Algoritmos de control
Método de seguimiento de trayectorias basado en control difuso
Estructura de Dirección Independiente de Cuatro Ruedas y Conducción Independiente de Cuatro Ruedas (4WIS-4WID)
Controlador difuso
Estrategia de distancia de anticipación dinámica a velocidad variable
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 41
Citaciones: Sin citaciones
La investigación actual sobre el seguimiento de trayectorias se centra principalmente en mejorar los algoritmos de control, como modelos adaptativos y predictivos, para mejorar la precisión y estabilidad del seguimiento. Para abordar el problema de la baja precisión de seguimiento causada por trayectorias de curvatura variable en la navegación automática dentro de entornos agrícolas, este estudio propone un método de seguimiento de trayectorias basado en control difuso. En primer lugar, se estableció un modelo de persecución pura y un modelo cinemático basado en una estructura de Dirección Independiente de Cuatro Ruedas y Conducción Independiente de Cuatro Ruedas (4WIS-4WID). En segundo lugar, se diseñó un controlador difuso con tres entradas y una salida, utilizando la desviación lateral, la desviación de la dirección y el grado de curvatura de la trayectoria anticipada como variables de entrada. A través de múltiples simulaciones y ajustes, se desarrollaron 75 reglas de control. La distancia de anticipación se obtuvo a través de procesos de difusión, inferencia difusa y defusificación. A continuación, se construyó una función de control de velocidad basada en las desviaciones de la pose de la maquinaria agrícola y el grado de curvatura de la trayectoria anticipada para lograr un control de velocidad variable. Finalmente, se realizaron pruebas de campo para verificar la efectividad del método propuesto de seguimiento de trayectorias. Los resultados del experimento de seguimiento para los dos tipos de trayectorias indican que bajo la estrategia de distancia de anticipación dinámica de velocidad variable, las desviaciones laterales promedio para las trayectorias de curvatura variable fueron de 1,8 cm y 3,3 cm, mientras que las desviaciones laterales máximas fueron de 10,1 cm y 10,5 cm, respectivamente. En comparación con el modelo de persecución pura de distancia de anticipación fija de velocidad constante, la desviación lateral promedio se redujo en un 56,1% y la desviación lateral máxima en un 50,4% en la trayectoria en forma de U. En la trayectoria en forma de S, la desviación lateral promedio se redujo en un 56,0% y la desviación lateral máxima en un 58,9%. El método propuesto mejora efectivamente la precisión de seguimiento de las maquinarias agrícolas en trayectorias de curvatura variable, cumpliendo con los requisitos de producción para operaciones curvas en entornos agrícolas.
Descripción
La investigación actual sobre el seguimiento de trayectorias se centra principalmente en mejorar los algoritmos de control, como modelos adaptativos y predictivos, para mejorar la precisión y estabilidad del seguimiento. Para abordar el problema de la baja precisión de seguimiento causada por trayectorias de curvatura variable en la navegación automática dentro de entornos agrícolas, este estudio propone un método de seguimiento de trayectorias basado en control difuso. En primer lugar, se estableció un modelo de persecución pura y un modelo cinemático basado en una estructura de Dirección Independiente de Cuatro Ruedas y Conducción Independiente de Cuatro Ruedas (4WIS-4WID). En segundo lugar, se diseñó un controlador difuso con tres entradas y una salida, utilizando la desviación lateral, la desviación de la dirección y el grado de curvatura de la trayectoria anticipada como variables de entrada. A través de múltiples simulaciones y ajustes, se desarrollaron 75 reglas de control. La distancia de anticipación se obtuvo a través de procesos de difusión, inferencia difusa y defusificación. A continuación, se construyó una función de control de velocidad basada en las desviaciones de la pose de la maquinaria agrícola y el grado de curvatura de la trayectoria anticipada para lograr un control de velocidad variable. Finalmente, se realizaron pruebas de campo para verificar la efectividad del método propuesto de seguimiento de trayectorias. Los resultados del experimento de seguimiento para los dos tipos de trayectorias indican que bajo la estrategia de distancia de anticipación dinámica de velocidad variable, las desviaciones laterales promedio para las trayectorias de curvatura variable fueron de 1,8 cm y 3,3 cm, mientras que las desviaciones laterales máximas fueron de 10,1 cm y 10,5 cm, respectivamente. En comparación con el modelo de persecución pura de distancia de anticipación fija de velocidad constante, la desviación lateral promedio se redujo en un 56,1% y la desviación lateral máxima en un 50,4% en la trayectoria en forma de U. En la trayectoria en forma de S, la desviación lateral promedio se redujo en un 56,0% y la desviación lateral máxima en un 58,9%. El método propuesto mejora efectivamente la precisión de seguimiento de las maquinarias agrícolas en trayectorias de curvatura variable, cumpliendo con los requisitos de producción para operaciones curvas en entornos agrícolas.