融合2D激光雷达与航向姿态参考系统的采茶机仿形方法研究与试验

作     者：吴敏 郇晓龙 陈建能 董春旺 邵柏恺 卞贤炳 范国帅 WU Min;HUAN Xiaolong;CHEN Jianneng;DONG Chunwang;SHAO Bokai;BIAN Xianbing;FAN Guoshuai

作者机构：浙江理工大学机械工程学院浙江杭州310018 浙江工业职业技术学院浙江绍兴312000 浙江省种植装备技术重点实验室浙江杭州310018 中国农业科学院茶叶研究所浙江杭州310008 

基　　金：国家自然科学基金(51975537、52105284) 浙江省领雁计划项目(2022C02052) 浙江省尖兵计划项目(2023C02009) 浙江理工大学科研启动基金(20022307-Y) 博士后基金(2022M722819) 浙江省访问工程师项目(FG2022203) 

出 版 物：《茶叶科学》 (Journal of Tea Science)

年 卷 期：2023年第43卷第1期

页      码：135-145页

摘      要：为推动大宗茶机械化采收,提升大宗茶鲜叶采收效率与质量,针对目前仿形采茶机感知传感器易受接触作用力、自然光照或茶蓬面叶片间隙影响,提出了融合2D激光雷达与航向姿态参考系统(Attitude and heading reference system,AHRS)的采茶机割刀仿形距离估计方法,在此基础上,设计并研制精度验证试验台与自动仿形采茶样机,分别开展了室内与田间试验。采茶机采用2D激光雷达测量采茶机割刀仿形距离信息,为提升测距精度与实时性,结合AHRS感知的加速度信息,提出了融合2D激光雷达测距与加速度信息(Fusion of 2D-LiDAR ranging and acceleration,FLRA)的采茶机割刀仿形距离估计算法,并研制了算法精度验证装置和方法,验证了算法有效性。室内试验结果表明,算法处理前仿形距离测距误差均值为36.53 mm,标准差为23.21 mm,算法处理后仿形距离估计误差均值为8.56 mm,标准差为6.31 mm,算法处理后的输出数据延迟更小,提升了仿形距离测距精度与实时性。田间试验表明,鲜叶采收效率达180~210 kg·h^(-1),割刀覆盖蓬面上鲜叶的平均采收率为92.38%,平均芽叶完整率为85.34%,平均杂质率为4.93%,一芽三叶及以下嫩梢占90.72%,满足大宗茶机采技术标准和后续加工工艺要求,与传统超声波感知的自动仿形采茶机相比,提升了大宗茶鲜叶采收效果。

主 题 词：采茶机 仿形距离 2D激光雷达 航向姿态参考系统 融合算法 精度验证 

学科分类：09[农学] 090203[090203] 0902[农学-自然保护与环境生态类] 

核心收录：

D　O　I：10.3969/j.issn.1000-369X.2023.01.011

馆 藏 号：203118578...