双螺旋驱动式机器人全覆盖作业路径规划算法研究

来源：农业机械学报杂志2025年第12期北京时间：

作者：汪沛，罗佳龙，谢佳生，王佳涛，罗皓，宁锦泰，胡炼，何杰

单位：华南农业大学,华南农业大学,华南农业大学,华南农业大学,华南农业大学,华南农业大学,华南农业大学,华南农业大学,

摘要：针对复杂农田环境下农业机器人在自主导航与作业路径规划方面的核心需求，特别是在不规则田块与软黏稻田场景中常见的路径覆盖率低、转弯冗余高以及路径连续性差等问题，本文提出一种面向多边形边界田块、适用于双螺旋驱动式农田机器人的全覆盖路径规划算法。该算法充分融合田块几何特征与机器人运动学约束，首先将作业区域划分为中心平行作业区与外围轮廓平行作业区，分别对应中心条带遍历路径与轮廓平行条带遍历路径。进一步将路径细分为作业路径与非作业路径，后者包括中心区域衔接路径、区域衔接路径、轮廓平行区域衔接路径以及进出田块路径等部分。本文阐述了各部分路径的生成原理，通过“长边作业”确定中心区域的最优作业方向，结合Warnsdorff规则优化条带遍历顺序，并引入Dubins路径与Reeds-Shepp路径模型，提升路径在转向过程中的连续性和可执行性。综合考虑作业路径长度、算法计算耗时与作业覆盖率等性能指标，选用双螺旋驱动式机器人作为平台载体，分别在矩形、梯形、不规则四边形、不规则多边形4类典型田块进行了仿真与实地对比测试。试验结果表明，本文算法在4种典型田块田间作业中可实现96.69%~97.80%的覆盖率，路径重叠率控制在1.77%~2.30%之间，路径整体连续、无越界转弯，表现出良好的执行稳定性与环境适应性。研究结果为复杂环境下农田作业机器人提供了高鲁棒性、高适应性的路径规划方案，具备良好的工程可行性与推广价值。

关键词：农业机器人;路径规划;双螺旋驱动;全覆盖;不规则田块

基金资助：国家重点研发计划项目（2021YFD2000605)、广东省自然科学基金面上项目（2025A1515011012）和广东省现代农业产业共性关键技术创新团队项目（2024CXTD28)