自主式植保机器人环境感知和运动规划研究
发布时间：2020-12-01 14:41
针对葡萄园农用机械植保效率低、智能化程度不高、安全及可靠性差、劳动强度大等问题,运用环境感知、轨迹规划及运动控制技术研究设计葡萄园植保机器人自引导及控制系统。以单线激光雷达传感器作为植保机器人垄行间的环境感知设备,针对雷达反馈数据在不同坐标系下呈现的不同分布特点,设计了两种滤波、分类、拟合方案,并确定机器人与导航线之间的相对位姿关系。构建机器人运动学模型以及目标线追踪模型以输出运动控制的期望转角,与底层的运动执行器相结合来实现植保机器人的自主运动。对课题开展背景进行了论述,针对国内外相关农业无人车的发展状况进行了分析,结合我国现有葡萄园实际的作业环境以及所面临的问题,依据垄行内自主导航中环境感知、控制决策以及运动执行三个层面,设计了系统的总体研究方案并制定了技术路线。自主式植保机器人系统在整体架构上可以分为三个模块,第一个部分为上层的环境感知层,主要完成植保机器人探知周围环境并进行自定位的功能;第二个部分为中层的控制决策层,主要工作是确定目标运动轨迹,获取期望动作;第三个部分为运动执行层,根据目标转角,构建闭环运动控制器,实现准确的动作跟随。采用单线激光雷达检测植保机器人所处局部葡萄园...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：95 页
【文章类型】：硕士
【部分图文】：
基于Hough变换的导航路径拟合图
通过预先设定的导航线目标点集，来完成机器人的准确跟踪，导航线的设置与特征点的采集如图1.3 导航路径规划图所示。方法简单、有效，但该方法的缺点在于高精度 RTK-BDS 技术成本较高，目前还不具备广泛推广的条件。彭顺正[16]等人通过解析果园植株图像信息来提取导航基准线，应用场景为枣园。首先采用“设定动态阈值”将植株枝干与地块进行分离，然后通过“行间特征点”滤除图像噪声，之后利用枣园行间线性分布的特点，经最小二乘法拟合果树行线，获取中心基准线。实验结果表明该方法在理想条件下生成的中心基准线的准确率超过 83.4%，但通过该方案，解析图像的平均耗时为 1.0s，仍然不能满足实际应用的需求。图 1.3 导航路径规划图所示刘沛[17]等人以激光雷达作为感知环境的手段，通过对雷达点云数据的分析，将点云数据中的内凹点集作为果树树干区域，以近临两侧的果树连线中点作为行间中心线的特征点，最终采用最小方差法实现行线拟合，完成导航线的提取，激光雷达扫描轮廓如图1.4 激光雷达扫描效果图所示。实验结果表明，在该策略实施的过程中，果园拖拉机作业过程中的最大偏距为 15cm
最终采用最小方差法实现行线拟合，完成导航线的提取，激光雷达扫描轮廓如图1.4 激光雷达扫描效果图所示。实验结果表明，在该策略实施的过程中，果园拖拉机作业过程中的最大偏距为 15cm，同样的，由于缺乏对雷达点云数据的滤波处理，对两侧果树环境的原始数据的分类过于简单，使该方法在提高导航线精确度方面遭遇瓶颈。张哲远[18]尝试使用机器视觉和激光雷达多传感器融合的方式来实现果园植保机器人自定位、自导航，通过阈值分割、边缘检测、质心提取对果园航拍视图进行处理，完成对果园中果树的定位，采用激光雷达得到机器人相对果树的位姿，并最终通过 Hough 变化、随机一致性抽样的方法来拟合果树行线，并提取行间中心线。该策略为果园机器人的导
【参考文献】：
期刊 共35条
[1]移动机器人SLAM关键问题和解决方法综述[J]. 杨雪梦,姚敏茹,曹凯. 计算机系统应用. 2018(07)
[2]基于物联网的果园避障除草机定位导航控制系统研究[J]. 刘玉洁,陈聪. 农机化研究. 2018(09)
[3]基于速度自适应的拖拉机自动导航控制方法[J]. 张硕,刘进一,杜岳峰,朱忠祥,毛恩荣,宋正河. 农业工程学报. 2017(23)
[4]基于北斗的农业机械立体视觉辅助导航系统设计[J]. 闫银发,盖顺华,李法德,刘莫尘,宋占华,崔寒,李玉道,韩守强. 农业工程. 2017(05)
[5]基于图像边界提取的果园作业机器人自主导航系统[J]. 叶小琴,陈超. 农机化研究. 2017(08)
[6]基于改进RANSAC算法的道路直线提取方法[J]. 吴剑亮,李艳,高扬,黄小赛. 地理空间信息. 2017(05)
[7]矮化密植枣园收获作业视觉导航路径提取[J]. 彭顺正,坎杂,李景彬. 农业工程学报. 2017(09)
[8]一种改进的支持向量机模型研究[J]. 郭晨晨,朱红康. 陕西科技大学学报(自然科学版). 2017(02)
[9]基于BDS的果园施药机自动导航控制系统[J]. 熊斌,张俊雄,曲峰,范智棋,王大帅,李伟. 农业机械学报. 2017(02)
[10]自主导航果园作业机器人设计——基于自适应遗传算法和样条曲线[J]. 李斌,李慧,葛蓁. 农机化研究. 2017(02)
硕士 共5条
[1]猕猴桃采摘机器人视觉导航路径生成方法研究[D]. 李文洋.西北农林科技大学 2017 [2]果园机器人自主导航关键技术研究[D]. 张哲远.华中科技大学 2016 [3]基于激光测距仪的果园移动机器人避障系统研究[D]. 戚树腾.西北农林科技大学 2015 [4]基于GPS和惯性导航的果园机械导航系统研究[D]. 魏少东.西北农林科技大学 2013 [5]果园管理机器人平台的自动导航系统研究[D]. 朱磊磊.西北农林科技大学 2010
本文编号：2894878
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：95 页
【文章类型】：硕士
【部分图文】：
基于Hough变换的导航路径拟合图
通过预先设定的导航线目标点集，来完成机器人的准确跟踪，导航线的设置与特征点的采集如图1.3 导航路径规划图所示。方法简单、有效，但该方法的缺点在于高精度 RTK-BDS 技术成本较高，目前还不具备广泛推广的条件。彭顺正[16]等人通过解析果园植株图像信息来提取导航基准线，应用场景为枣园。首先采用“设定动态阈值”将植株枝干与地块进行分离，然后通过“行间特征点”滤除图像噪声，之后利用枣园行间线性分布的特点，经最小二乘法拟合果树行线，获取中心基准线。实验结果表明该方法在理想条件下生成的中心基准线的准确率超过 83.4%，但通过该方案，解析图像的平均耗时为 1.0s，仍然不能满足实际应用的需求。图 1.3 导航路径规划图所示刘沛[17]等人以激光雷达作为感知环境的手段，通过对雷达点云数据的分析，将点云数据中的内凹点集作为果树树干区域，以近临两侧的果树连线中点作为行间中心线的特征点，最终采用最小方差法实现行线拟合，完成导航线的提取，激光雷达扫描轮廓如图1.4 激光雷达扫描效果图所示。实验结果表明，在该策略实施的过程中，果园拖拉机作业过程中的最大偏距为 15cm
最终采用最小方差法实现行线拟合，完成导航线的提取，激光雷达扫描轮廓如图1.4 激光雷达扫描效果图所示。实验结果表明，在该策略实施的过程中，果园拖拉机作业过程中的最大偏距为 15cm，同样的，由于缺乏对雷达点云数据的滤波处理，对两侧果树环境的原始数据的分类过于简单，使该方法在提高导航线精确度方面遭遇瓶颈。张哲远[18]尝试使用机器视觉和激光雷达多传感器融合的方式来实现果园植保机器人自定位、自导航，通过阈值分割、边缘检测、质心提取对果园航拍视图进行处理，完成对果园中果树的定位，采用激光雷达得到机器人相对果树的位姿，并最终通过 Hough 变化、随机一致性抽样的方法来拟合果树行线，并提取行间中心线。该策略为果园机器人的导
【参考文献】：
期刊 共35条
[1]移动机器人SLAM关键问题和解决方法综述[J]. 杨雪梦,姚敏茹,曹凯. 计算机系统应用. 2018(07)
[2]基于物联网的果园避障除草机定位导航控制系统研究[J]. 刘玉洁,陈聪. 农机化研究. 2018(09)
[3]基于速度自适应的拖拉机自动导航控制方法[J]. 张硕,刘进一,杜岳峰,朱忠祥,毛恩荣,宋正河. 农业工程学报. 2017(23)
[4]基于北斗的农业机械立体视觉辅助导航系统设计[J]. 闫银发,盖顺华,李法德,刘莫尘,宋占华,崔寒,李玉道,韩守强. 农业工程. 2017(05)
[5]基于图像边界提取的果园作业机器人自主导航系统[J]. 叶小琴,陈超. 农机化研究. 2017(08)
[6]基于改进RANSAC算法的道路直线提取方法[J]. 吴剑亮,李艳,高扬,黄小赛. 地理空间信息. 2017(05)
[7]矮化密植枣园收获作业视觉导航路径提取[J]. 彭顺正,坎杂,李景彬. 农业工程学报. 2017(09)
[8]一种改进的支持向量机模型研究[J]. 郭晨晨,朱红康. 陕西科技大学学报(自然科学版). 2017(02)
[9]基于BDS的果园施药机自动导航控制系统[J]. 熊斌,张俊雄,曲峰,范智棋,王大帅,李伟. 农业机械学报. 2017(02)
[10]自主导航果园作业机器人设计——基于自适应遗传算法和样条曲线[J]. 李斌,李慧,葛蓁. 农机化研究. 2017(02)
硕士 共5条
[1]猕猴桃采摘机器人视觉导航路径生成方法研究[D]. 李文洋.西北农林科技大学 2017 [2]果园机器人自主导航关键技术研究[D]. 张哲远.华中科技大学 2016 [3]基于激光测距仪的果园移动机器人避障系统研究[D]. 戚树腾.西北农林科技大学 2015 [4]基于GPS和惯性导航的果园机械导航系统研究[D]. 魏少东.西北农林科技大学 2013 [5]果园管理机器人平台的自动导航系统研究[D]. 朱磊磊.西北农林科技大学 2010
本文编号：2894878
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/2894878.html
