近年来,国家越来越重视“绿水青山”式的生态发展,鼓励果林业发展,推进果林业现代化建设。因此,果林业的种植发展又走向了新的巅峰,果树种植面积不断扩大,尤其是葡萄产业,种植面积及产量均居世界前列。葡萄种植尤为复杂,每年的喷雾施药次数多达8~15次。而果园喷洒作业多为全人力或半人力辅助驾驶农机作业,作业次数多,劳动强度大;农药直接接触果农,造成人体中毒;并且过多喷洒的农药会对地下水造成污染。本课题针对上述问题,在前期查阅大量文献的基础上,对基于百度地图的全局路径规划、运动控制、智能喷洒控制及控制终端软件设计等方面进行深入细致的技术研究,并根据研究成果制定系统的总体设计方案及研究路线,从而降低了果农的劳动强度,提高了作业效率及精度,并且减少了农药的浪费及环境污染带来的危害。首先,解决全局路径规划问题,运用北斗差分定位系统采集高精度定位数据,进行地块测绘,获取地块边界信息;采用Android开发终端APP,并载入百度地图,加载出地块信息,用以构建地块边界地图;运用UTM投影将经纬度坐标平面直角化,解决平移间距与经纬度单位不一致的问题;按照作业效果最优化、作业路径尽可能短的要求,创建出S型路径规划算法,从而完成全局路径规划。其次,解决运动控制问题,基于双天线的北斗差分定位系统,获取植保机器人当前位置及偏航角信息,创建与速度、前视距、偏差和偏航角相关的纯路径追踪模型,得到植保机器人期望的理论偏转角;将该偏转角转化为电信号,通过PID控制器,控制伺服转向电机转动,进而控制植保机器人的转向;使用转角传感器采集转向轮的真实转角,反馈给PID控制器,最终完成闭环控制。最后,解决智能喷洒问题,采用摆动减速电机带动机械臂上下摆动,使风机喷洒组随之同步运动,从而增大喷洒范围;风机吹出的强风流可以让药液雾化更彻底,吹动叶片摆动,使药液均匀覆盖叶片正反两面;通过传感器检测植保机器人的两侧有无植株,使控制器单独启动左右两侧的风机喷洒组,让单侧无植株时停止喷洒作业,节约了药液,降低了污染。根据以上研究内容,完成了植保机器人全局路径规划与控制系统设计。以Android为开发平台,Eclipse为开发环境,JAVA为开发语言,开发出符合设计需求的控制系统。植保机器人通过全局路径规划的路线,进行自主控制运动,横向偏差的标准差σ=1.3cm,最大偏差6.8cm,达到了农机作业要求;智能喷洒系统的左右喷洒距离为2m,喷洒高度为0.5~1.8m,满足了葡萄喷药作业的需求。