农业机器人作为典型的智能农业装备,通过自动导航技术可以实现农业机器人施肥、喷药和除草等智能化农业作业。自动导航技术作为农业机器人的一种关键技术一直是国际上机器人研究领域所关注的热点。本文研究并设计了一种用于水田作业的机器人导航控制系统。其主要研究内容如下:(1)总体方案设计。确定了水田作业机器人总体设计方案,包含机械结构设计、控制系统设计以及主要硬件选型;在此基础上完成了机器人样机的制作,搭建了导航控制系统硬件平台。(2)自动转向系统设计。分析了水田作业机器人自动转向控制系统的工作原理,研究了电子差速转向模型,应用经典PID控制理论,实现了前轮转角角度追踪控制和四轮轮速调速控制,并利用Matlab进行电子差速模型仿真,优化了自动转向控制系统的控制策略。(3)路径追踪算法设计。分析了机器人路径追踪原理以及位姿误差生成器,建立了机器人运动学仿真模型,分别对固定前视距离和模糊前视距离的纯追踪模型进行仿真,基于模糊前视距离的纯追踪控制方法效果更好。(4)控制系统软件设计。完成了基于QT的导航管理系统设计、Raspberry Pi3Model B平台下的轨迹追踪程序设计、STM32平台下核心控制节点以及终端执行节点的程序设计。(5)试验验证。完成了角度传感器标定以及千寻SR2 RTK设备精度测试,进行了水田作业机器人自动转向系统PID角度跟踪、四轮轮速PID调速以及水泥路面的直线路径追踪试验,试验验证了控制算法的可行性。