喷雾机器人系统轨迹优化和植株冠层分割方法研究
发布时间：2021-04-28 01:33
在植株病虫害防治过程中,传统施药方式普遍采用大容量淋洗式喷雾技术,易造成农药浪费,带来环境污染问题。精细化对靶喷雾逐渐成为农林植保领域的研究热点,对植保作业中节省农药和保护环境有重要意义。针对喷雾机器人定位过程中轨迹偏离误差以及靶标检测无法精确区分冠层和树干等问题,本文将轨迹优化方法和植株冠层分割方法运用于喷雾机器人系统精确定位与变量喷雾靶标检测,有利于提高喷雾施药的精确性和精细化程度,具体研究内容如下:（1）针对果园、林道等环境下植株精细化对靶喷雾,设计了机器人喷雾系统。该系统主要由数据采集单元、运动控制单元和喷雾控制单元三部分组成。数据采集单元采用RGB-D传感器获取目标植株的彩色信息和深度信息,由嵌入式主处理器对其进行处理分析;运动控制单元采用陀螺仪获取喷雾机器人姿态数据,通过CAN总线由辅控制器控制轮毂电机进而实现对机器人的运动控制;喷雾控制单元采用隔膜泵和PWM控制电磁阀进行精细化对靶喷雾。（2）针对传统的轨迹优化方法存在定位精度差、浮点漂移、深度信息易丢失等问题,本文提出了一种融合深度信息的全局非线性轨迹优化方法。该方法在喷雾机器人行驶过程中,由RealSense传感器采集...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 喷雾机器人研究现状
1.2.2 轨迹优化技术研究现状
1.2.3 检测分割技术研究现状
1.3 本文主要研究内容及章节安排
第二章 喷雾机器人系统设计
2.1 喷雾机器人组成
2.2 喷雾机器人数据采集处理单元
2.2.1 Kinect2.0 传感器
2.2.2 RealSense传感器
2.2.3 嵌入式主处理器
2.3 喷雾机器人运动控制单元
2.3.1 辅助控制器
2.3.2 电机驱动模块
2.3.3 IMU模块
2.4 喷雾机器人喷雾控制单元
2.4.1 隔膜泵控制
2.4.2 PWM控制电磁阀
2.5 本章小结
第三章 喷雾机器人全局非线性轨迹优化方法
3.1 基于彩色信息的轨迹优化
3.1.1 FAST特征点及BRIEF描述子
3.1.2 特征点匹配
3.1.3 重投影误差
3.2 基于深度信息的平移向量优化
3.3 全局非线性轨迹优化
3.4 最佳喷雾点计算
3.4.1 目标植株位置计算
3.4.2 最佳喷雾点计算
3.5 试验验证与结果分析
3.5.1 FAST特征点获取
3.5.2 特征匹配
3.5.3 喷雾机器人轨迹分析
3.6 本章小结
第四章 植株超体聚类冠层分割
4.1 植株显著性点云获取
4.1.1 Kinect传感器彩色点云获取
4.1.2 CIELab颜色空间
4.1.3 显著性点云
4.2 改进的超体聚类算法
4.2.1 八叉树网格
4.2.2 Mean-Shift算法
4.2.3 超体聚类
4.2.4 Nanoflann加速算法
4.3 植株冠层检测与提取
4.3.1 LCCP聚类算法
4.3.2 改进的SSV-LCCP分割算法
4.3.3 目标植株喷雾模型
4.4 试验验证与结果分析
4.4.1 点云的获取与处理
4.4.2 点云的分割误差分析
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模型预测控制的无人驾驶履带车辆轨迹跟踪方法研究[J]. 胡家铭,胡宇辉,陈慧岩,刘凯. 兵工学报. 2019(03)
[2]基于density-ORB特征的图像特征点匹配算法[J]. 芦文强,薛彦兵,李胜利,张桦,王志岗,高赞,徐光平. 天津理工大学学报. 2019(01)
[3]基于全卷积神经网络的云杉图像分割算法[J]. 陈锋军,王成翰,顾梦梦,赵燕东. 农业机械学报. 2018(12)
[4]农业机器人移动平台行进方式综述[J]. 樊正强,张青,邱权,杨青丰. 江苏农业科学. 2018(22)
[5]基于改进SIFT和RANSAC的物体特征提取和匹配的研究[J]. 张春林,陈劲杰. 软件工程. 2018(11)
[6]植株点云超体聚类分割方法[J]. 刘慧,刘加林,沈跃,潘成凯. 农业机械学报. 2018(12)
[7]基于三目视觉的自主导航拖拉机行驶轨迹预测方法及试验[J]. 田光兆,顾宝兴,Irshad Ali Mari,周俊,王海青. 农业工程学报. 2018(19)
[8]潜供电弧模拟实验图像边缘检测与形态特征分析[J]. 夏天,刘洪顺,李润昌,孙秋芹,李庆民,丛浩熹. 中国电机工程学报. 2019(03)
[9]低成本大视场深度相机阵列系统[J]. 宋爽,陈驰,杨必胜,李清泉. 武汉大学学报(信息科学版). 2018(09)
[10]葡萄园植保机器人路径规划算法[J]. 艾长胜,林洪川,武德林,冯志全. 农业工程学报. 2018(13)
博士论文
[1]基于二维激光雷达的果树在线探测方法及对靶变量喷药技术研究[D]. 蔡吉晨.中国农业大学 2018
[2]基于机器视觉的变量喷雾控制系统研究[D]. 陈丽君.沈阳农业大学 2009
[3]基于机器视觉的田间杂草识别技术研究[D]. 毛文华.中国农业大学 2004
本文编号：3164542
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 喷雾机器人研究现状
1.2.2 轨迹优化技术研究现状
1.2.3 检测分割技术研究现状
1.3 本文主要研究内容及章节安排
第二章 喷雾机器人系统设计
2.1 喷雾机器人组成
2.2 喷雾机器人数据采集处理单元
2.2.1 Kinect2.0 传感器
2.2.2 RealSense传感器
2.2.3 嵌入式主处理器
2.3 喷雾机器人运动控制单元
2.3.1 辅助控制器
2.3.2 电机驱动模块
2.3.3 IMU模块
2.4 喷雾机器人喷雾控制单元
2.4.1 隔膜泵控制
2.4.2 PWM控制电磁阀
2.5 本章小结
第三章 喷雾机器人全局非线性轨迹优化方法
3.1 基于彩色信息的轨迹优化
3.1.1 FAST特征点及BRIEF描述子
3.1.2 特征点匹配
3.1.3 重投影误差
3.2 基于深度信息的平移向量优化
3.3 全局非线性轨迹优化
3.4 最佳喷雾点计算
3.4.1 目标植株位置计算
3.4.2 最佳喷雾点计算
3.5 试验验证与结果分析
3.5.1 FAST特征点获取
3.5.2 特征匹配
3.5.3 喷雾机器人轨迹分析
3.6 本章小结
第四章 植株超体聚类冠层分割
4.1 植株显著性点云获取
4.1.1 Kinect传感器彩色点云获取
4.1.2 CIELab颜色空间
4.1.3 显著性点云
4.2 改进的超体聚类算法
4.2.1 八叉树网格
4.2.2 Mean-Shift算法
4.2.3 超体聚类
4.2.4 Nanoflann加速算法
4.3 植株冠层检测与提取
4.3.1 LCCP聚类算法
4.3.2 改进的SSV-LCCP分割算法
4.3.3 目标植株喷雾模型
4.4 试验验证与结果分析
4.4.1 点云的获取与处理
4.4.2 点云的分割误差分析
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模型预测控制的无人驾驶履带车辆轨迹跟踪方法研究[J]. 胡家铭,胡宇辉,陈慧岩,刘凯. 兵工学报. 2019(03)
[2]基于density-ORB特征的图像特征点匹配算法[J]. 芦文强,薛彦兵,李胜利,张桦,王志岗,高赞,徐光平. 天津理工大学学报. 2019(01)
[3]基于全卷积神经网络的云杉图像分割算法[J]. 陈锋军,王成翰,顾梦梦,赵燕东. 农业机械学报. 2018(12)
[4]农业机器人移动平台行进方式综述[J]. 樊正强,张青,邱权,杨青丰. 江苏农业科学. 2018(22)
[5]基于改进SIFT和RANSAC的物体特征提取和匹配的研究[J]. 张春林,陈劲杰. 软件工程. 2018(11)
[6]植株点云超体聚类分割方法[J]. 刘慧,刘加林,沈跃,潘成凯. 农业机械学报. 2018(12)
[7]基于三目视觉的自主导航拖拉机行驶轨迹预测方法及试验[J]. 田光兆,顾宝兴,Irshad Ali Mari,周俊,王海青. 农业工程学报. 2018(19)
[8]潜供电弧模拟实验图像边缘检测与形态特征分析[J]. 夏天,刘洪顺,李润昌,孙秋芹,李庆民,丛浩熹. 中国电机工程学报. 2019(03)
[9]低成本大视场深度相机阵列系统[J]. 宋爽,陈驰,杨必胜,李清泉. 武汉大学学报(信息科学版). 2018(09)
[10]葡萄园植保机器人路径规划算法[J]. 艾长胜,林洪川,武德林,冯志全. 农业工程学报. 2018(13)
博士论文
[1]基于二维激光雷达的果树在线探测方法及对靶变量喷药技术研究[D]. 蔡吉晨.中国农业大学 2018
[2]基于机器视觉的变量喷雾控制系统研究[D]. 陈丽君.沈阳农业大学 2009
[3]基于机器视觉的田间杂草识别技术研究[D]. 毛文华.中国农业大学 2004
本文编号：3164542
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