无沟铺管机北斗导航控制系统设计与试验

王吉中，赵 博，赵士猛，邢高勇，伟利国，胡小安

（中国农业机械化科学研究院，北京 100083）

0 引言

农田暗管排水系统利用人为埋入地下的孔管排出土壤中多余水分与盐渍[1-2]，具有防涝、控盐、节水节地、改善生态条件等多重功能[3]。其中，暗管铺设直线性[4]关乎系统的工作性能、工程寿命和可维护性，乃至系统运行的经济效益[5]。传统方法通过人工瞄准标桩控制铺管直线性[6-7]，不仅抬高了经验和技术门槛、耗费工人精力，而且精度很难保证。近年来，通过铺管机自动控制系统调节左右轮速实现直线性控制，但仅适用于土壤质地均匀、附着条件良好的平整地表[7]。因此，亟需开发自动化程度高、环境适应性好且符合铺管直线性要求的铺管机导航系统，以满足实际工程需要。

目前，激光导航、视觉导航和卫星定位导航等技术已应用至农机领域[8-10]。其中，卫星定位导航使用便利、性能稳定且无需参照物，尤其适合农田暗管排水系统大面积施工场景。近年来，Han等[11]基于GNSS、RTK和运动传感器开发出一套低成本的履带车辆自动驾驶系统，并提出一种多传感器数据融合算法。试验表明，路径跟随均方根误差小于9 cm，最大误差小于30 cm。Takai等[12]基于RTK-GPS和惯性传感器，采用自适应控制算法，实现履带拖拉机自主导航。试验表明，横向误差的均方根小于5 cm。伟利国等[13-14]通过融合GPS定位信息、姿态信息和行走速度检测运行轨迹，采用模糊控制方法实现开沟铺管机导航，试验表明，直线跟踪误差不超过10 cm。宋彦等[15]提出一种基于启发式动态规划算法的路径跟随控制方法，并设计出一种适用于履带式机器人的路径跟随控制系统。……