农业机械自动导航技术是精细农业的关键技术，也是当前农业工程领域的研究热点之一。但目前大多数农业机械自动导航系统只考虑在农田中按照预先规划好的路径进行跟踪作业，没有考虑作业环境中存在障碍物的情况。一旦存在障碍物，只能大幅度地修改预定义作业路径。这样势必影响作业效率，同时也无法保证农业机械在自动导航作业中的安全性。本研究在农业机械自动导航技术基础上通过实时监测作业环境中阻碍正常作业的障碍物，并实施避障策略以提高作业效率和保证作业安全。　　本研究主要进行了以下几方面的研究工作：　　(1)拖拉机作业航向上的障碍物实时检测。安装在拖拉机前方的激光测距仪传感器SICK291以0.5°间隔连续扫描拖拉机前进方向180°范围内的障碍物信息。首先采用阈值分割法对得到的361个扫描点中距离大于设定阈值的进行剔除，得到在设定阈值之内的障碍物点团。然后采用平均值算法对该障碍物点团进行拟合得出障碍物中心点坐标和形态信息，其中一些障碍物因相距较近可以归为同一障碍物。采用补偿点算法对满足可以归为同一障碍物条件的障碍物进行补偿，重新计算补偿后的障碍物中心点坐标和形态信息，使障碍物检测更加准确。由于拟合出的障碍物信息中可能包含有许多田间周围的田埂、树木等无关信息，本研究采用阈值法对此类情况进行分割，最后将障碍物信息通过CAN通信方式发送到导航上位机。实验室静态测试时障碍物中心点坐标误差小于0.5cm，截面长度最大误差小于2cm。田间实验时，障碍物中心点坐标小于0.5m。　　(2)避障路径规划。路径规划要求实时规划出一条避障路径，以避免拖拉机与障碍物发生碰撞。导航上位机接收到障碍物信息后，首先由导航控制器判断障碍物是否影响当前作业，若无影响，则忽略障碍物的存在继续沿原路线进行作业。若有影响，则由导航控制器根据田间具体情况计算出路径规划用的关键点。然后将关键点信息输入利用C语言编写的三次样条曲线算法函数中，进行局部路径规划，本研究采用9个关键点，可使规划出的路径更加平滑。该三次样条函数根据输入信息计算出一条平滑路径，并且可以返回该路径上的250个插值点坐标值。最后，将返回的250个插值点坐标值转换为大地坐标系下坐标值。　　(3)纯追踪路径跟踪算法。本研究分析了前视距离对于车辆采用纯追踪方式进行路径跟踪的影响。采用纯追踪模型进行直线或曲线路径跟踪时，要求前视距离必须满足一定的条件，整个跟踪系统才趋于稳定，前视距离与车辆前进速度密切相关。文中给出了横向跟踪误差正负号的判断方法。导航控制器首先计算拖拉机当前航向角度和目标航向角度，然后采用CAN通信方式对转向控制机构下达轮子转向方向和角度指令，依此循环完成对250个避障路径坐标点的跟踪，避障结束后切回至原导航路径继续工作。试验结果表明，采用本研究设计的纯追踪算法对避障路径进行跟踪时的最大跟踪误差为1m。　　田间试验结果表明，本研究设计的障碍物检测算法能够正确进行障碍物识别，准确给出障碍物信息；采用三次样条曲线进行避障路径规划，可以得出平滑、适合于拖拉机进行跟踪的路线；纯追踪算法能够满足避障路径跟踪要求，系统工作稳定。