基于机器视觉的农业机器人自主作业研究

发布时间：2020-05-16 22:34

【摘要】：20世纪末随着人工智能化向农业领域的快速渗透,各国均开始对农业机器人技术进行研究。我国在20世纪90年代也开始了对农业机器人技术的研究,至今取得了很好的成果。但是由于以下几方面的原因：农业机器人的部分关键技术还需要进一步研究与完善；农业机器人成本及其维修成本较高,导致这项技术至今都没有在农业领域中得到很好的应用。随着我国城镇化与人口老龄化的趋势逐渐加剧,我国从事农业生产的人口在逐渐减少,农业生产成本提高进而导致农产品价格上涨,因此研发出一种低成本,适用性强,多功能的自主作业农业机器人就显得尤其重要。本文主要的研究内容有：通过设计一套可以用于农业机器人的多功能自主作业系统(包括对作物的喷洒作业、对杂草喷洒除草剂作业、对杂草进行机械除草作业),将其搭载在农业机器人上进而设计出一种具有多种自主作业功能的农业机器人,一方面可以完善农业机器人的功能,促进其发展与应用；另一方面还可以通过对杂草和作物的精确定位的喷洒作业和机械除草作业,可以大幅节约化学农药的使用以及减少大量使用化学农药所带来的污染问题。1.农业机器人自主作业系统的总体方案设计。该自主作业的农业机器人主要通过机器视觉技术来进行导航和自主作业,本文将重点研究自主作业系统,确定出各部分的设计目标与布局安排,对其系统的工作原理进行重点讲述。2.作业工具装置系统的设计。本文根据农业机器人作业对象的特点以及作业方式进行作业装置的设计工作,主要可以分为喷洒模块和机械除草模块。此外还对作业工具载体也进行了设计,采用X-Z平台作为作业工具的载体。3.图像处理算法研究。主要讲述如何利用机器视觉系统来对杂草与作物进行的识别。利用伸长度等形态特征参数完成对青菜作物和杂草的分离识别,并且对该算法进行了详细的论述以及实验验证,最后计算出作物和杂草的坐标位置信息。4.控制系统设计。将上位机对作业目标计算出的坐标信息通过串口通信传输给单片机,通过单片机的相应控制程序控制步进电机和农业机器人的运动,从而带动我们的作业工具到达指定的目标位置,然后通过继电器和电磁阀的通断来控制作业电机来完成相应的作业工作,工作完成后控制步进电机带动作业工具按原路返回到中心点位置。5.试验及结果分析。在停车模式和不停车模式且农业机器人的速度为0.1-0.5m/s的情况下,分别进行5组对作物的喷洒作业、对杂草的喷洒除草剂作业和对杂草的机械除草作业的试验,对作业准确率和作业时间做了详细的统计与分析,最后得出对作物的喷洒作业、对杂草的喷洒除草剂作业和对杂草的机械除草作业这三种作业中作业效果最好的作业模式与作业速度。
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S22;TP242

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本文编号：2667449