非全向移动机器人在农业应用中的多点路径规划与运动控制

对于能够导航至无结构农业环境的自主移动机器人需求正在不断增长。诸如草地除草等任务需要通过无序坐标集高效地进行路径规划，同时最小化行驶距离并遵守曲率约束，以防止土壤损坏和保护植被。本文提出了一种集成化导航框架，将基于 Dubins 旅行推销员问题 (DTSP) 的全局路径规划器与基于非线性模型预测控制 (NMPC) 的局部路径规划与控制策略相结合。DTSP 生成一条最小长度且受曲率约束的路径，有效访问所有目标点，而 NMPC 则利用该路径计算控制信号，以准确到达每个路标点。通过在真实农业数据集上的比较仿真分析验证了系统性能，结果表明，捆绑的 DTSP 规划器产生的路径比解耦方法更光滑且更短，在所提供的场景中约降低了 16%。据此，NMPC 控制器有效地将机器人驾驶至所需路标点，并在局部优化轨迹的同时确保遵守约束。这些发现表明，所提出的框架为农业环境中的高效自主导航提供了潜力。