本文结合宁夏地区葡萄的种植特点,以轮式拖拉机为平台,设计了一套适用于葡萄园内的导航控制系统,可实现拖拉机在葡萄行间自主导航。本文首先分析葡萄园导航系统设计需求,并以此进行总体方案设计。然后分析导航系统所涉及的关键技术,对导航系统进行层级划分,并进行相应的研究与设计。最终对设计的导航系统进行试验,验证导航控制效果。主要研究内容如下:(1)进行导航系统总体方案设计。根据葡萄园导航系统工作原理,将葡萄园导航控制系统划分三个层级:环境信息感知层、导航控制决策层、运动执行层。(2)针对不同工作场景的特点,设计导航系统的环境感知层。结合宁夏地区葡萄种植模式,针对环境因素对GPS定位精度的影响,本文设计了 GPS、激光雷达及两者组合的三种环境信息感知方案,提高导航系统对工作环境的适应性。(3)建立拖拉机的运动学模型,设计了变论域模糊控制的导航决策算法。(4)基于Qt-creator环境进行导航控制系统上位机开发,并通过相关实验,验证了上位机软件的可靠性与稳定性。(5)对导航系统进行实地试验。导航系统分别采用GPS、激光雷达以及GPS与激光雷达组合的环境感知方案进行导航实验,当拖拉机以0.25m/s的作业速度行驶时,三种方案对应位置偏差的平均值分别为2.46、2.74、2.96cm、最大值分别为8.43、9.25、10.03cm,均方差值分别为2.92、3.64、3.3cm。当拖拉机以0.35m/s的作业速度行驶时,三种方案对应位置偏差的平均值分别为2.77、2.79、2.79cm、最大值分别为 8.61、9.878、10.88cm,均方差值分别为 4.79、4.93、3.64cm。实验数据表明,导航系统可以控制拖拉机较为平稳的沿期望路径行驶,控制精度可达厘米级,基本满足导航控制需求。