农业机械学报

作者：王明辉，徐健，周政东，王玉龙，崔永杰

单位：西北农林科技大学,西北农林科技大学,西北农林科技大学,西北农林科技大学,西北农林科技大学,

关键词：设施农业机器人;轮式底盘;数字孪生;行驶状态;时变模型;在线监测

基金：国家重点研发计划项目(2019YFD1002401)和国家自然科学基金项目(31971805)

数字孪生技术通过对物理实体全生命周期的数字化实现其状态的监测和控制,为实现机器人的远程控制和连续式作业提供了解决思路。作业底盘行驶过程的高精度控制是保证机器人作业质量的关键,本文针对温室环境变化和底盘损耗导致行驶状态预测模型误差大,以及动态数据在线采集困难等问题,提出一种基于数字孪生的温室作业底盘行驶状态在线监测方法。首先,开发了面向底盘行驶状态的温室作业底盘数字孪生系统,在线感知行驶过程中的动态数据并实时仿真底盘行驶状态变化过程;然后,结合底盘行驶状态时变偏差量化模型和考虑行驶过程中的各种不确定因素,构建了温室作业底盘行驶状态在线预测模型;最后,搭建底盘行驶状态在线监测试验环境,并进行在线监测试验和行驶效果验证试验。结果表明:本文在线预测方法对应数据集M1、M2、M3、M4的横向偏移预测精度分别为96.32%、95.96%、95.69%和96.11%,纵向偏移预测精度分别为96.58%、96.36%、96.51%和96.13%,对比基于BP+SVR方法的横向偏移预测精度分别提升3.61%、3.26%、3.92%和3.98%,纵向偏移预测精度分别提升2.96%、2.78%、3.27%和3.06%,证明了本文提出的在线预测方法能够有效修正地面波动和底盘损耗带来的偏差影响;实际底盘行驶横向偏移和纵向偏移平均值相较于基于固定行驶参数的行驶方法分别降低48.13%和49.49%,本文方法能够基于底盘实时行驶状态进行动态调整。本文提出的基于数字孪生的温室作业底盘行驶状态在线监测方法具有强实时性和高精度的特点,可为设施农业机器人的连续式作业技术提供依据和参考。

来源：2025年第2期

《农业机械学报》期刊编辑部

查看农业机械学报杂志2025年第2期