智能除草机器人的视觉导航方法研究

发布时间：2023-05-20 02:01

　　我国是一个农业大国,但我国并非一个农业强国,这是众所周知的。从大国到强国的整体转变,可以说是路漫漫其修远兮,需要我们不懈地探索、努力。农业自动化、智慧农业将是未来我国农业的必然发展方向。在建设国民经济中,农业可谓起到中流砥柱的作用,它关乎国计民生,所以农业的改革乃历史之必然。一个高效、精准、绿色的现代化农业,方是人们幸福的根本。农田作业的一项重点工作就是除杂草,传统的除杂草方式为大面积喷洒农药,这样不仅会造成农药的浪费,而且也会导致农作物上和土壤中有大量的农药残留。本文针对这种现状,将设计一款智能除杂草机器人,实现定靶喷药,精准去除杂草,以减少不必要的农药浪费和污染。此外,在此除草机器人平台上应用视觉导航算法,以使该机器人能够适用于作业所需的不同场景,从而完成相应的导航任务,实现全自主、全自动化的工作。本文的研究主要从以下几个方面展开:首先,进行智能除草机器人的组装,这里采用两轮驱动的四轮小车作为机器人底盘,并对此进行合理的机械结构设计,以及后续硬件的布局与连接。之后进行底层驱动软件系统的设计,使机器人能够以上层传递的指定速度进行运动,并可以通过上层控制喷药嘴电磁阀的开闭,其中上层软件...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 智能除草机器人研究进展
        1.2.2 视觉SLAM算法研究进展
        1.2.3 全局路径规划研究现状
        1.2.4 局部路径规划研究现状
    1.3 主要研究内容及章节安排
第2章 智能除草机器人本体设计
    2.1 引言
    2.2 除草机器人搭建
        2.2.1 硬件选型
        2.2.2 机械结构及硬件连接
    2.3 ROS机器人操作系统简介
    2.4 基于ros_arduino_bridge功能包的程序框架
        2.4.1 下位机程序框架
        2.4.2 上位机程序框架
    2.5 底层动力系统驱动开发
    2.6 底层喷洒系统驱动开发
    2.7 本章小结
第3章 农田作业导航算法研究及实验测试
    3.1 引言
    3.2 基于V4L2的图像采集流程
    3.3 循垄行驶算法
        3.3.1 作物轨线提取
        3.3.2 循迹控制
    3.4 机器人作业策略
        3.4.1 地头转弯策略
        3.4.2 总体作业流程
    3.5 模拟作业测试
    3.6 本章小结
第4章 视觉SLAM算法测试与地图构建
    4.1 引言
    4.2 视觉SLAM算法测试
        4.2.1 单目ORB-SLAM建图
        4.2.2 RGBD-SLAM建图
        4.2.3 ZED+RTAB-MAP建图
    4.3 三种视觉SLAM算法的分析与比较
    4.4 二维地图的生成及存在的问题
    4.5 三维地图的改进
        4.5.1 地图裁剪
        4.5.2 基于空间单元格划分的地图滤波
    4.6 本章小结
第5章 路径规划算法研究及仿真测试
    5.1 引言
    5.2 栅格环境建模
        5.2.1 栅格尺寸确定
        5.2.2 栅格编码
        5.2.3 栅格膨化
    5.3 全局路径规划算法
        5.3.1 A-star算法简介
        5.3.2 A-star算法实现
        5.3.3 A-star算法仿真
    5.4 局部路径规划算法
        5.4.1 DWA局部路径规划
        5.4.2 TEB局部路径规划
        5.4.3 局部路径规划比较
    5.5 组合路径规划方案
    5.6 导航效果仿真
    5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3820318