高通量表型分析机高通量表型分析机器人正在改变作物样本采集方法，以实现高效采集高质量样本。目前，大型高地隙机器人在高通量小麦表型分析中脱颖而出，具有高精度和近距离观察等优点。然而，对大型高地隙机器人的研究仍然有限，特别是在自主定位和轨迹跟踪方面。为了克服这一局限性，本文构建了一个用于高通量小麦表型分析的大型高地隙机器人系统。高地隙机器人底盘高度达到1.6米，可适应小麦全生育周期的高度。特别是，该系统针对现场环境中的定位和轨迹跟踪进行了优化。提出了一种基于自适应卡尔曼滤波的GNSS/INS组合定位算法，用于处理遮挡环境中较差的GNSS信号。此外，提出了一种模糊PID控制策略，用于自适应调整PID参数，减少环境干扰引起的偏差。最后，开发了一个人机系统，可以远程控制机器人并显示其状态信息。田间实验结果表明：通过400组实验验证了远程控制系统的高性能；左右轮毂电机的平均角速度误差为0.08rad/s；所提出的自适应卡尔曼滤波算法的平均位置偏差为0.225m，平均航向偏差为0.308◦ ; 基于模糊PID的轨迹跟踪控制器的平均横向偏差和航向偏差分别为0.076m和1.746◦ , 分别。根据实验结果，上述高地隙机器人系统可以为小麦表型数据的精确观察和高效分析提供强有力的支持。

图1  Webots模拟中小麦表型数据的高通量采集。

图2  机器人系统框图。

图3 机器人系统操作流程图。

图4  硬件系统组成：（a）交互式无线电通信站；（b） 差分无线电通信站；（c） 从属天线；（d） 主天线；（e） GNSS（全球导航卫星系统）/INS（惯性导航系统）；（f） 工业计算机；（g） 高清显示器；（h） BLDC驱动器；（i） 旋转脚轮；（j） 轮毂电机。

图5  软件系统框架。

图6  配电箱内部组件：（a）电压调节器；（b） TTL->RS485模块；（c） 远程信号接收器；（d） 微控制器；（e） 安费诺连接器；（f） 远程开关；（g） 直流接触器；（h） 可编程电压调节器。

图7  自适应卡尔曼滤波。

图8  模糊PID控制器的设计。

图9  模糊控制规则曲面。

图10  机器人系统的人机界面。

图11  轮速差曲线。

图12  不同机器人上的传感器位置。

图13  不同定位方法的比较实验结果。

图14  卡尔曼滤波在引入自适应系数前后的位置偏差曲线。

图15  雪天轨迹跟踪实验。

图16  西南轨迹跟踪偏差曲线。

图17  东北轨迹跟踪偏差曲线。

图18  麦田实际尺寸的测量。