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摘要
[目的]针对田间作业环境复杂导致金丝皇菊采摘机器人行走不稳定、生产效率低的问题，本文设计了一种基于LiDAR多维点云优化的菊花采摘机器人自主导航系统以实现机器人在农田中的精准作业与高效生产。[方法]首先，通过履带式底盘搭载的Velodyne 16线激光雷达获取田间三维点云信息，并对其进行坐标校正和体素滤波预处理。其次，提出一种多维点云优化算法，该算法能够依据金丝皇菊植株特性自适应获取不同坐标轴的有效点云特征，得到左右两侧垄沟线；并采用最小二乘法对其进行拟合，得到最终的导航基准线。采用改进纯跟踪控制算法对导航基准线进行跟踪，从而完成导航全过程。[结果]通过对Stanley控制算法和改进纯跟踪控制算法进行仿真实验，改进纯跟踪算法表现出更高效的跟踪性能。利用金丝皇菊采摘机器人在南京市湖熟菊花园进行实地试验。试验结果表明，基于LiDAR多维点云优化的自主导航算法横向平均绝对误差减小了67.13%，离散程度降低48.34%。[结论]本文提出的基于LiDAR多维点云优化算法和改进纯跟踪算法可以有效地提高导航精准度，改善系统抗干扰性，导航效果较好，从而保证金丝皇菊采摘机器人的精准作业。
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