猕猴桃采摘机器人视觉导航路径生成方法研究
发布时间：2021-04-26 02:46
本文主要研究猕猴桃采摘机器人的视觉导航路径生成方法,以陕西眉县猕猴桃试验站的猕猴桃果园为研究对像,对棚架式栽培模式的猕猴桃果园及猕猴桃采摘机器人可行驶区域的作业路径进行分析,最终决定采用单目视觉的导航方式。利用CCD彩色相机采集猕猴桃果园图像,利用MATLABR2012a对图像信息进行处理并提取出导航路径信息,通过相机的标定及视觉导航路径信息求解猕猴桃采摘机器人的相对位姿参数。本文提出了一种适用于棚架式栽培模式的猕猴桃采摘机器人的导航路径生成算法,在实验室的猕猴桃采摘机器人平台上进行了算法验证试验。本文的主要研究内容和成果如下:1、提出了一种基于机器视觉的猕猴桃采摘机器人导航方法:结合猕猴桃果园的栽培模式,提出猕猴桃采摘机器人间歇式作业行走方案;通过调查研究得出,果园行宽4m,株间距3m,猕猴桃果树平均高度1.8m。根据猕猴桃果实生长位置的分布情况,规划出的猕猴桃采摘机器人行驶的最优路径是沿着猕猴桃果树行的边缘行走,利用单目视觉系统采集树行的边界信息,构建猕猴桃采摘机器人导航视觉模型。相机安装高度为1.2m,向下俯视15°。采集的图像经过处理后,利用最小二乘法拟合成树行边界直线,获得猕...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.2.1 农业机械导航方式现状
1.2.2 视觉导航在农业机器人中的研究现状
1.3 研究意义、目标、内容及技术路线
1.3.1 研究意义
1.3.2 研究目标
1.3.3 主要研究内容
1.3.4 技术路线
第二章 视觉导航路径生成方法的设计与相机标定
2.1 视觉导航路径生成方法设计流程
2.1.1 猕猴桃采摘机器人行走方案的分析设计
2.2 视觉导航路径生成系统设计
2.2.1 视觉导航路径生成系统硬件介绍
2.2.2 猕猴桃采摘机器人图像采集平台搭建
2.3 相机标定研究
2.3.1 像机成像模型
2.3.2 相机参数的标定
2.4 导航相机的标定实验方法
2.4.1 标定准备
2.4.2 摄像机的安装及部分参数的确定
2.4.3 标定步骤
2.4.4 标定试验及结果
2.5 本章小结
第三章 猕猴桃果园图像预处理与图像分割
3.1 图像处理
3.1.1 色彩模型的选择
3.1.2 猕猴桃果园图像处理
3.2 图像增强
3.2.1 巴特沃斯滤波器
3.2.2 同态滤波器
3.2.3 猕猴桃果园图像滤波处理
3.3 图像分割方法
3.3.1 阈值分割
3.3.2 基于区域的图像分割
3.4 猕猴桃果园图像分割
3.4.1 以猕猴桃果园行垄为目标的图像分割
3.4.2 以猕猴桃树干为目标的图像分割
3.4.2.1 果园环境的总体特征的分析
3.4.2.2 种子点选取
3.4.2.3 生长准则
3.4.2.4 猕猴桃果园图像实验与分析
3.5 本章小结
第四章 猕猴桃果园特征目标的提取与导航路径的生成
4.1 导航基准线的生成
4.1.1 以猕猴桃果园行垄为目标的连续边缘提取
4.1.2 以猕猴桃树干为目标的非连续特征目标点提取
4.2 导航路径生成
4.2.1 Hough变换与直线检测
4.2.2 最小二乘法拟合导航路径
4.2.2.1 以猕猴桃果园行垄为目标的最小二乘法拟合的导航路径
4.2.2.2 以猕猴桃树干为目标最小二乘法拟合导航路径
4.2.3 试验结果与分析
4.3 猕猴桃采摘机器人导航参数的获取
4.3.1 导航参数的选择与求取方法
4.3.2 导航参数的最终获取
4.4 反馈控制的导航参数提取
4.5 导航参数静态测试
4.6 本章小结
第五章 运动控制方法的研究与验证试验
5.1 运动控制方法
5.1.1 导航点的控制方法
5.1.2 控制系统的导航参数选取
5.1.3 建立运动学模型
5.2 轮毂电机的性能分析
5.3 系统控制器的设计
5.3.1 模糊控制器的设计
5.3.2 模糊控制器规则
5.4 导航试验
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 主要创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于视觉导航和RBF的移动采摘机器人路径规划研究[J]. 崔维,丁玲. 农机化研究. 2016(11)
[2]猕猴桃机械化生产技术[J]. 张鹏博,段眉会,李随安,何新阳. 西北园艺(果树). 2016(05)
[3]农田视觉导航基准线的识别与提取方法研究[J]. 乔智利,崔彦平,邹新光. 农机化研究. 2016(07)
[4]农业车辆视觉导航控制系统[J]. 沈文龙,薛金林,汪东明,黄银花,刘朋. 中国农机化学报. 2016(06)
[5]基于SURF-BRISK的目标识别匹配与定位方法研究[J]. 惠记庄,罗丽,杨永奎,刘琼. 长安大学学报(自然科学版). 2016(03)
[6]农业机械视觉导航研究现状及分析[J]. 张豪,郭辉,韩长杰,赵晓伟. 安徽农业科学. 2015(13)
[7]农业机械视觉导航基准线识别研究进展[J]. 刘阳,高国琴. 农机化研究. 2015(05)
[8]农业机械导航技术发展分析[J]. 姬长英,周俊. 农业机械学报. 2014(09)
[9]基于激光雷达的农业机器人导航控制研究[J]. 薛金林,张顺顺. 农业机械学报. 2014(09)
[10]基于强化学习的农业移动机器人视觉导航[J]. 周俊,陈钦,梁泉. 农业机械学报. 2014(02)
博士论文
[1]基于图像的结露与结霜现象自动化检测技术研究[D]. 朱磊.华中科技大学 2015
硕士论文
[1]基于组合信息的果园移动机器人检测系统研究[D]. 聂森.西北农林科技大学 2016
[2]猕猴桃采摘机器人移动平台的设计与仿真[D]. 陈子啸.西北农林科技大学 2016
[3]农业机器人试验平台视觉导航系统的研究与开发[D]. 李伟.西北农林科技大学 2015
[4]轮式移动机器人建模与运动控制策略研究[D]. 邓哲宇.浙江大学 2015
[5]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
[6]数码相机标定及相关技术的研究[D]. 刘金凤.重庆大学 2010
[7]特征点距离及平面约束的研抛机器人四自由度单目视觉定位系统[D]. 严海纲.吉林大学 2009
[8]基于机器视觉的农林环境导航路径生成算法研究[D]. 吴佳艺.浙江工业大学 2009
[9]轮式差速移动机器人轨迹跟踪控制方法[D]. 李景运.天津大学 2008
本文编号：3160575
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.2.1 农业机械导航方式现状
1.2.2 视觉导航在农业机器人中的研究现状
1.3 研究意义、目标、内容及技术路线
1.3.1 研究意义
1.3.2 研究目标
1.3.3 主要研究内容
1.3.4 技术路线
第二章 视觉导航路径生成方法的设计与相机标定
2.1 视觉导航路径生成方法设计流程
2.1.1 猕猴桃采摘机器人行走方案的分析设计
2.2 视觉导航路径生成系统设计
2.2.1 视觉导航路径生成系统硬件介绍
2.2.2 猕猴桃采摘机器人图像采集平台搭建
2.3 相机标定研究
2.3.1 像机成像模型
2.3.2 相机参数的标定
2.4 导航相机的标定实验方法
2.4.1 标定准备
2.4.2 摄像机的安装及部分参数的确定
2.4.3 标定步骤
2.4.4 标定试验及结果
2.5 本章小结
第三章 猕猴桃果园图像预处理与图像分割
3.1 图像处理
3.1.1 色彩模型的选择
3.1.2 猕猴桃果园图像处理
3.2 图像增强
3.2.1 巴特沃斯滤波器
3.2.2 同态滤波器
3.2.3 猕猴桃果园图像滤波处理
3.3 图像分割方法
3.3.1 阈值分割
3.3.2 基于区域的图像分割
3.4 猕猴桃果园图像分割
3.4.1 以猕猴桃果园行垄为目标的图像分割
3.4.2 以猕猴桃树干为目标的图像分割
3.4.2.1 果园环境的总体特征的分析
3.4.2.2 种子点选取
3.4.2.3 生长准则
3.4.2.4 猕猴桃果园图像实验与分析
3.5 本章小结
第四章 猕猴桃果园特征目标的提取与导航路径的生成
4.1 导航基准线的生成
4.1.1 以猕猴桃果园行垄为目标的连续边缘提取
4.1.2 以猕猴桃树干为目标的非连续特征目标点提取
4.2 导航路径生成
4.2.1 Hough变换与直线检测
4.2.2 最小二乘法拟合导航路径
4.2.2.1 以猕猴桃果园行垄为目标的最小二乘法拟合的导航路径
4.2.2.2 以猕猴桃树干为目标最小二乘法拟合导航路径
4.2.3 试验结果与分析
4.3 猕猴桃采摘机器人导航参数的获取
4.3.1 导航参数的选择与求取方法
4.3.2 导航参数的最终获取
4.4 反馈控制的导航参数提取
4.5 导航参数静态测试
4.6 本章小结
第五章 运动控制方法的研究与验证试验
5.1 运动控制方法
5.1.1 导航点的控制方法
5.1.2 控制系统的导航参数选取
5.1.3 建立运动学模型
5.2 轮毂电机的性能分析
5.3 系统控制器的设计
5.3.1 模糊控制器的设计
5.3.2 模糊控制器规则
5.4 导航试验
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 主要创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于视觉导航和RBF的移动采摘机器人路径规划研究[J]. 崔维,丁玲. 农机化研究. 2016(11)
[2]猕猴桃机械化生产技术[J]. 张鹏博,段眉会,李随安,何新阳. 西北园艺(果树). 2016(05)
[3]农田视觉导航基准线的识别与提取方法研究[J]. 乔智利,崔彦平,邹新光. 农机化研究. 2016(07)
[4]农业车辆视觉导航控制系统[J]. 沈文龙,薛金林,汪东明,黄银花,刘朋. 中国农机化学报. 2016(06)
[5]基于SURF-BRISK的目标识别匹配与定位方法研究[J]. 惠记庄,罗丽,杨永奎,刘琼. 长安大学学报(自然科学版). 2016(03)
[6]农业机械视觉导航研究现状及分析[J]. 张豪,郭辉,韩长杰,赵晓伟. 安徽农业科学. 2015(13)
[7]农业机械视觉导航基准线识别研究进展[J]. 刘阳,高国琴. 农机化研究. 2015(05)
[8]农业机械导航技术发展分析[J]. 姬长英,周俊. 农业机械学报. 2014(09)
[9]基于激光雷达的农业机器人导航控制研究[J]. 薛金林,张顺顺. 农业机械学报. 2014(09)
[10]基于强化学习的农业移动机器人视觉导航[J]. 周俊,陈钦,梁泉. 农业机械学报. 2014(02)
博士论文
[1]基于图像的结露与结霜现象自动化检测技术研究[D]. 朱磊.华中科技大学 2015
硕士论文
[1]基于组合信息的果园移动机器人检测系统研究[D]. 聂森.西北农林科技大学 2016
[2]猕猴桃采摘机器人移动平台的设计与仿真[D]. 陈子啸.西北农林科技大学 2016
[3]农业机器人试验平台视觉导航系统的研究与开发[D]. 李伟.西北农林科技大学 2015
[4]轮式移动机器人建模与运动控制策略研究[D]. 邓哲宇.浙江大学 2015
[5]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
[6]数码相机标定及相关技术的研究[D]. 刘金凤.重庆大学 2010
[7]特征点距离及平面约束的研抛机器人四自由度单目视觉定位系统[D]. 严海纲.吉林大学 2009
[8]基于机器视觉的农林环境导航路径生成算法研究[D]. 吴佳艺.浙江工业大学 2009
[9]轮式差速移动机器人轨迹跟踪控制方法[D]. 李景运.天津大学 2008
本文编号：3160575
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/nygclw/3160575.html
