基于远程监控系统的农业机器人车辆路径规划研究

发布时间：2020-10-17 13:01

　　 农业机器人车辆的出现,使得劳动强度大大降低,生产效率大大提高。信息技术、人工智能技术等高新技术与农业机器人技术的融合,尤其是近年来提出的人机合作理念,让农业机器人车辆的发展有了新的趋势——基于人与机器的协同控制,这将在保证农业作业精准快速进行的同时,大大提高机器的智能化程度。本文将人机合作的理念融入对农业机器人车辆的控制中,结合动态非结构化的复杂环境,搭建了基于机器视觉的远程监控系统。基于搭建的硬件平台,完成了相应的软件设计,通过视频图像的实时显示,对农业机器人车辆进行监视与控制,实现了农田环境中的作物行导航线路径规划与人机协作避障路径规划算法的研究。本文的主要内容与工作有:1.搭建远程监控系统的硬件平台。利用农业机器人车辆、IP摄像头、无线传输模块、PC机、无线路由器等硬件设备,实现远程监控系统硬件平台的搭建。详述农业机器人车辆实验本体的构造及工作原理,介绍其关键组成部件,进行IP摄像头的无线访问设置。将PTR2000的无线通信模块作为信号转换媒介,完成PC机与单片机之间的无线电路设计连接工作。2.创建人机交互界面。利用MATLAB 2012a软件的GUI模块,完成交互界面的设计任务,实现视频图像在界面上的实时更新显示。基于相应的软件环境,对控制模块中单片机与PC机进行程序设计,实现单片机与PC机之间的无线通信。3.设计农田环境下的路径识别系统。结合农业机器人车辆在农田环境下作业时,周围环境的复杂多变、非结构化、信息量大等特点,设计出一套新的图像处理算法流程。以人工种植的青菜地为实验对象进行模拟实验,论证图像处理算法的每一步流程,识别出最终的作物行中心线,完成农田环境下的作物行路径识别研究内容。4.提出新的路径规划算法。为实现农业机器人车辆在农田环境下的快速精准避障,结合人机合作在提升机器智能化方面的明显优势,首先改进传统A*算法提出了动态引导A*(DGA*)算法,接着引入云模型的不确定性在线推理方法,将人的专业知识和喜好等引入路径规划算法中,提出一种新的基于云模型的DGA*(CDGA*)算法,完成在动态复杂环境下的人机协同路径避障规划研究。在有静态和动态障碍物随机分布的规划空间中,利用MATLAB软件将CDGA*算法与DGA*算法进行仿真对比分析,验证设计的算法的优越性。结果表明,提出的CDGA*算法能大大较少规划时间,提高规划效率。
【学位单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S220;TP242
【部分图文】：

图１－３法国Ｗａｌｌ－Ｙｅ机器人??Ｆｉｇ．?１－３?Ｗａｌｌ－Ｙｅ?Ｒｏｂｏｔ?ｉｎ?Ｆｒａｎｃｅ??萄庄园农场主Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅ?Ｍｉｌｌｏｔ利用机器视觉技术与远程监庄园进行葡萄枝修剪及收割葡萄的Ｗａｌｌ－Ｙｅ机器人，如图１－３安有六个摄像头，宽广的视觉角度使得其在狭窄藤蔓间穿梭；内置的存储器、ＧＰＳ以及陀螺仪能识别记录周围的植物土

等待决策命令的下达［３８］。??２０１５年，博世旗下的德国Ｄｅｅｐｆｉｅｌｄ?Ｒｏｂｏｔｉｃｓ公司利用机器视觉技术，研发了农??场杂草清理机器人Ｂｏｎｉｒｏｂ，如图１－４所示。该机器人配有完整的田地检测系统，以??便机器人能在田间安全避障行驶；根据安装的２Ｄ多光谱相机与３Ｄ可测深度摄像头??完成周围信息的采集，能够识别判断作物是否受昆虫及病毒的侵扰，记录其生长周??期及生长状况，并根据具体情况决策所需肥料的量，完成杂草的根部去除清理作业。??胡萝卜栽培试验基地中验证了其除草效率能够高达９０％。整个过程完全是机械化无??除草剂等污染源的加入，体现了绿色的农田作业。但该扫描农田机器人的功能覆盖??仅限于玉米和甜菜等少数农作物物种［１６］。??，?％?｜?，，?■??ＷＷｂ??图１－４德国Ｂｏｎｉｒｏｂ机器人??Ｆｉｇ．?１?－４?Ｂｏｎｉｒｏｂ?Ｒｏｂｏｔ?ｉｎ?Ｇｅｒｍａｎｙ??来自澳大利亚悉尼大学的教授Ｓｕｋｋａｒｉｃｈ基于机器视觉技术，研制出瓢虫农场??机器人，如图１－５所示。该机器人在种植洋葱、甜菜和菠萝的实地农场进行试验时，??通过摄像头、传感器等设备采集周围的环境信息

ＷＢＰ?ｗ＾ｘｍ??图１－６黄瓜采摘机器人??Ｆｉｇ．?１－６?Ｃｕｃｕｍｂｅｒ?ｐｉｃｋｉｎｇ?ｒｏｂｏｔ??江苏大学赵德安等人基于单目视觉系统，研制出可进行苹果采摘作业的机器人，??如图１－７所示。该机器人通过视觉和触觉传感器，对需要采摘的果实进行识别与柔??性抓取，实验结果表明，平均每１５ｓ就能完成一次苹果的采摘作业，且成功率能高??达?７７％［４２］。??ＩＳＳＵｉｆｌｌＢ??图１－７苹果采摘机器人??Ｆｉｇ．?１－７?Ａｐｐｌｅ?ｐｉｃｋｉｎｇ?ｒｏｂｏｔ??机器视觉不仅能够满足农业机器人采摘作业目标识别要求，更是实现机器人自??主导航的重要手段。吉林大学王荣本等人基于机器视觉技术，完成了能够在玉米大??田中进行施肥作业的农业机器人的研制工作，实验结果表明该机器人既能够精准施??月巴，又能够自主导航行走［４３］。另外，王荣本等人利用机器视觉导航技术，对自动导??８??
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本文编号：2844812