Investigación sobre un sistema de posicionamiento de alta precisión de bajo costo para segadoras de huertos
Autores: Fei, Ke; Mai, Chaodong; Jiang, Runpeng; Zeng, Ye; Ma, Zhe; Cai, Jiamin; Li, Jun
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Investigación sobre un sistema de posicionamiento de alta precisión de bajo costo para segadoras de huertos
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas Generales
Palabras clave
Flujo de energía
Deshierbe
Cortadoras automáticas
Sistema de posicionamiento
GNSS
IMU
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
Para regular el flujo de energía en los ecosistemas de huertos y mantener el medio ambiente, el deshierbe se ha convertido en una medida necesaria para los agricultores de frutas, y el uso de cortadoras automatizadas puede ayudar a reducir los costos laborales y mejorar la eficiencia económica de los huertos. Sin embargo, debido a la complejidad del entorno geográfico y espacial del huerto, en particular, la superficie del camino suelta y ondulada, la interferencia de las señales satelitales por árboles grandes, etc., que disminuye la precisión y estabilidad del sistema de posicionamiento de la cortadora, y el alto costo del sensor también afectan la popularización de las cortadoras inteligentes para estas aplicaciones. Para abordar los problemas anteriores, este documento construye un sistema de posicionamiento a través de un sistema global de navegación por satélite (GNSS) de bajo costo, una unidad de medición inercial (IMU) y odometría, y utiliza el algoritmo del filtro de Kalman basado en el estado de error para un posicionamiento combinado GNSS/IMU para que el sistema de navegación inercial pueda mantener un posicionamiento más preciso cuando las señales GNSS son débiles. Considerando los problemas de deslizamiento lateral y acumulación de errores de la odometría de la cortadora de tracción, se utiliza la información de posicionamiento combinada GNSS/IMU para optimizar el modelo de odometría y mejorar la precisión de navegación y posicionamiento. Para reducir el error de medición del IMU y el problema de acumulación de errores, este documento utiliza la restricción no holonómica (NHC) de una cortadora de césped para suprimir la dispersión de errores de medición del IMU y construye estrategias de actualización de velocidad cero (ZUPT) periódicas y no periódicas en combinación con los caminos de viaje de las operaciones de navegación de la cortadora de césped en la región para actualizar los datos del IMU y mejorar la precisión y estabilidad del sistema de posicionamiento. Los experimentos muestran que el error promedio del sistema de posicionamiento construido se controla dentro de 0,15 m, el error máximo se mantiene en aproximadamente 0,3 m, y el sistema de posicionamiento construido utilizando sensores de bajo costo puede lograr una precisión de posicionamiento similar a la del sistema global de navegación por satélite diferencial (DGNSS), lo cual es beneficioso para la promoción y aplicación de cortadoras inteligentes en huertos.
Descripción
Para regular el flujo de energía en los ecosistemas de huertos y mantener el medio ambiente, el deshierbe se ha convertido en una medida necesaria para los agricultores de frutas, y el uso de cortadoras automatizadas puede ayudar a reducir los costos laborales y mejorar la eficiencia económica de los huertos. Sin embargo, debido a la complejidad del entorno geográfico y espacial del huerto, en particular, la superficie del camino suelta y ondulada, la interferencia de las señales satelitales por árboles grandes, etc., que disminuye la precisión y estabilidad del sistema de posicionamiento de la cortadora, y el alto costo del sensor también afectan la popularización de las cortadoras inteligentes para estas aplicaciones. Para abordar los problemas anteriores, este documento construye un sistema de posicionamiento a través de un sistema global de navegación por satélite (GNSS) de bajo costo, una unidad de medición inercial (IMU) y odometría, y utiliza el algoritmo del filtro de Kalman basado en el estado de error para un posicionamiento combinado GNSS/IMU para que el sistema de navegación inercial pueda mantener un posicionamiento más preciso cuando las señales GNSS son débiles. Considerando los problemas de deslizamiento lateral y acumulación de errores de la odometría de la cortadora de tracción, se utiliza la información de posicionamiento combinada GNSS/IMU para optimizar el modelo de odometría y mejorar la precisión de navegación y posicionamiento. Para reducir el error de medición del IMU y el problema de acumulación de errores, este documento utiliza la restricción no holonómica (NHC) de una cortadora de césped para suprimir la dispersión de errores de medición del IMU y construye estrategias de actualización de velocidad cero (ZUPT) periódicas y no periódicas en combinación con los caminos de viaje de las operaciones de navegación de la cortadora de césped en la región para actualizar los datos del IMU y mejorar la precisión y estabilidad del sistema de posicionamiento. Los experimentos muestran que el error promedio del sistema de posicionamiento construido se controla dentro de 0,15 m, el error máximo se mantiene en aproximadamente 0,3 m, y el sistema de posicionamiento construido utilizando sensores de bajo costo puede lograr una precisión de posicionamiento similar a la del sistema global de navegación por satélite diferencial (DGNSS), lo cual es beneficioso para la promoción y aplicación de cortadoras inteligentes en huertos.