Trajectory planning for tractor turning using the trigonometric transition curve

• Autorzy: Boryga Marek

Identyfikatory

DOI

10.2478/agriceng-2023-0015

Warianty tytułu

PL

Planowanie trajektorii nawrotu ciągnika z wykorzystaniem trygonometrycznej krzywej przejściowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a method of utilizing a transition curve in planning the movement trajectory of agricultural machinery during the headland turns. The approach involves using the transition curve, whose curvature and tangent angle are described by the trigonometric function. For the designed course, the kinematic quantities, wheel turning angles, and their rates of change were determined for two models of agricultural tractors. The algorithm proposed in this study ensures continuity and smooth changes in the kinematic quantities and can be applied to the trajectory planning of agricultural implements and machines, autonomous vehicles, mobile robots, manipulators, and CNC machines.

PL

W pracy przedstawiono sposób wykorzystania krzywej przejściowej w planowaniu trajektorii ruchu maszyn rolniczych podczas jazdy na uwrociu. Zaplanowano zastosowanie krzywej przejściowej, której krzywizna i kąt stycznej do krzywej opisane są funkcją trygonometryczną. Dla zaplanowanego toru jazdy wyznaczono przebiegi wielkości kinematycznych oraz kąty skręcenia kół i prędkości ich zmian dla dwóch modeli ciągnika rolniczego. Zaproponowany w pracy algorytm, zapewnia ciągłość oraz łagodne zmiany wielkości kinematycznych i może być stosowany do planowania trajektorii ruchu agregatów i maszyn rolniczych, pojazdów autonomicznych, robotów mobilnych, manipulatorów i maszyn CNC.

Słowa kluczowe

EN

trajectory planning; headland maneuvers; trigonometric transition curve; smooth trajectory

PL

planowanie trajektorii; manewry na uwrociach; trygonometryczna krzywa przejściowa; trajektoria gładka

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Inżynierii Rolniczej
• Czasopismo: Agricultural Engineering
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 27, No. 1
• Strony: 203--212
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz. rys.

Twórcy

autor

Boryga Marek

• Department of Mechanical Engineering and Automation, University of Life Sciences in Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5991-7871

Bibliografia

• Backman, J., Oksanen, T., Visala, A. (2012). Path generation method with steering rate constraint. Proceedings of the 11th International Conference on Precision Agriculture, Indianapolis, Indiana, USA.
• Backman, J., Piirainen, P., Oksanen, T. (2015). Smooth turning path generation for agricultural vehicles in headlands. Biosyst. Eng., 139, 76-86.
• Bochtis, D.D. &Vougioukas, S.G. (2008). Minimising the non-working distance travelled by machines operating in a headland field pattern. Biosyst. Eng., 101, 1-12.
• Boryga, M., Kołodziej, P., Gołacki, K. (2017). Clothoid as a transition curve of the manipulator end - effector trajectory for harvesting tomatoes in a greenhouse. IX International Scientific Symposium „Farm Machinery and Porcesses Management in Sustainable Agriculture”, Lublin, Poland, 52-57.
• Boryga, M., Gołacki, K., Kołodziej, P (2019). The use of polynomial transition curves for trajectory of motion planning. X International Scientific Symposium „Farm Machinery and Porcesses Management in Sustainable Agriculture”, Lublin, Poland, 91-95.
• Boryga, M., Kołodziej, P., Gołacki, K. (2020). Application of polynomial transition curves for trajectory planning on the headlands. Agriculture, 10(5), 144.
• Bulgakov, V., Pascuzzi, S., Beloev, H., & Ivanovs, S. (2019). Theoretical investigations of the headland turning agility of a trailed asymmetric implement-and-tractor aggregate. Agriculture, 9, 224.
• Cariou, C., Lenain, R., Thuilot, B., Humbert, T., Berducat, M. (2010). Maneuvers automation for agricultural vehicle in headland. AgEng International Conference on Agricultural Engineering. Clermont-Ferrand, France, hal-00523407,10p.
• Cariou, C., Gabor, Z., Seiferth, B., &Berducat, M. (2016). Mobile robot trajectory planning under kinematic and dynamic constraints for partial and full field coverage. Journal of Field Robotics, 34, 1297-1312.
• Koc, W. (2014). Analytical method of modelling the geometric system of communication route. Mathematical Problems in Engineering, Article ID 679817.
• Oksanen, T., &Visala, A. (2004). Optimal control of traktor-trailer system in headlands. ASAE International Conference of Automation Technology for Off-Road Equipment, Kyoto, Japan, 255-263.
• Oksanen, T. (2007). Path planning algorithms for agricultural field machines. Series A: Research Reports No. 31. Helsinki University of Technology, Automation Technology Laboratory.
• Sabelhaus, D., Röben, F., Helligen, L.P.M.Z., &Lammers, P.S. (2013). Using continuous-curvature paths to generate feasible headland turn manoeuvres. Biosystems Engineering, 116(4), 399-409.
• Sabelhaus, D., Lammers, P.S., Peter L., &Röben. F. (2015). Path planning of headland turn manoeuvres. Landtechnik,70(4), 123-131.
• Wang, H., &Noguchi, N. (2018). Adaptive turning control for an agricultural robot tractor. International Journal of Agricultural&Biological Engineering, 11(6), 113-119.
• Tu, X., Tang, L. (2019). Headland turning optimisation for agricultural vehicles and those with towed implements. Journal of Agriculture and Food Research, 1, 100009.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).