自主水稻插秧机快速地头转向控制策略：动态路径优化与横向边界偏移模型的田间验证

本文针对小田块作业场景，创新性地提出自主水稻插秧机"快速转向"（quick turn）策略，通过动态航点调整（real-time circular regression）和横向边界偏移（LBO）模型，实现无需倒车/停车的连续转向。该研究解决了转向-直线过渡阶段的轨迹偏移问题，在商用插秧机上验证了不同速度下的转向精度，为GNSS导航农业机械的动态路径规划提供了实践方案。

　　

亮点解析

快速转向技术在水稻插秧机中的应用

该策略核心在于保持恒定转向角实现快速对行，通过两种控制模式实现：直线模式（straight-line mode）和转向模式（turning mode）（图1）。为补偿控制延迟导致的路径偏差，采用两大关键技术：(1)基于实时圆形回归（circular regression）的动态航点调整；(2)实验验证的横向边界偏移（Lateral Boundary Offset, LBO）模型。

LBO测定结果

通过2.1.3.1节描述的实验流程，使用专用测试平台验证LBO模型的线性关系。如图10所示，通过记录主处理器指令转向角与车轮角度传感器实测值的响应时间，证实车速与LBO存在显著相关性。

讨论

在真实稻田条件下，两种防转向失效方法均表现优异。动态航点调整算法通过圆形回归持续监测车辆转向状态，有效补偿了转向-直线过渡阶段的轨迹偏移；而LBO模型则通过优化切换点位置，使轨迹过渡更平滑。

结论

本研究提出的"快速转向"控制策略，实现了自主插秧机无需停车/倒车的连续地头转向。创新点在于将实时航点调整（通过圆形回归）与LBO模型整合到航点切换框架中，动态补偿了转向过程中的端点偏差。田间试验证实，该策略能适应不同作业速度，为自主移栽系统发展奠定了重要基础。