农业机械自动化是我国农业发展的重点方向,农机田间的自主行走一直是研究的热点。为了实现农机的自主行走,就要对其进行定位,定位是自主行走的前提。农机定位,要求做到精度高、价格低。以水稻为例,植株之间行距在200-250mm之间,对农机定位提出了很高要求。且田间农作物比较小,视觉方式难以识别。本文在考察了差分GPS、视觉定位的基础上,针对农田作业,考虑到大田作业的适应性,提出了一种基于柔索测距的定位装置,该装置可以在大田作业中展开,目标精度达到20mm。本文的研究工作主要有以下几个方面:(1)柔索长度测量装置的研究设计。在柔索测距原理的基础上研究和设计了长柔索测量机构,使用编码器实现对柔索长度的测量,最大测量误差20mm,响应频率是600Hz,编码器脉冲丢失率最大为0.0025%。研究和设计了纳线机构,使得柔索长度可以达到150米,使装置能适应大田农机。(2)基于激光测距的缓冲机构研究设计。农机在田间行走时的摆动,容易造成柔索断裂,本文设计和研究了弛张缓冲机构,该机构可容纳40-200mm范围内的伸缩位移缓冲。在缓冲机构中用激光侧距传感器对缓冲机构伸缩位移进行测量,分别在50mm-200mm范围内的长度上每隔50mm测量出四组数据,结果表明50mm时的平均测量长度是53.95mm,最大误差5mm,平均相对误差7.9%;200mm时平均测量长度206.51mm,最大误差10mm,平均相对误差3.23%。采用卡尔曼滤波的方法对测量的数据进行了滤波处理,提高了数据平稳性,减少了随机误差,卡尔曼数据滤波后将误差控制在3%以内。(3)测量装置电气系统。对树莓派与Arduino的串口通信和I2C通信进行了研究,分析了两种通信方式的原理以及在树莓派和Arduino上的实现方式。在树莓派和Arduino上实现了I2C通信,I2C通信的波特率为32KHz。整合柔索了长度测量机构和缓冲机构,在树莓派上进行了定位的实验,结果表明定位的误差在20mm以内。(4)混合定位方法研究与实验。为了对本文的定位进行研究与实验,设计了一个小车,分析了小车的驱动控制原理。在小车轮上设计了摩擦传动机构,将编码器的脉冲转化为小车行走的距离,以此对小车进行巡迹定位,并混合柔索测距的定位方式,对农机进行综合定位。对小车巡迹定位方法进行试验,1米内的误差最大为20mm。累计误差快速上升,这种混合定位方法为今后单边测量的混合定位提供了途径。