【摘要】：近幾年,我國(guó)植保無人機(jī)行業(yè)飛速發(fā)展,使用無人機(jī)植保的作業(yè)方式越來越普遍。我國(guó)農(nóng)田作業(yè)環(huán)境普遍存在電線桿、樹木等障礙物,當(dāng)飛行作業(yè)的無人機(jī)遇到障礙物時(shí),必須依賴飛手視覺觀察并手動(dòng)遙控來避開障礙物。這種人工避障的作業(yè)方式嚴(yán)重影響作業(yè)效率,威脅飛機(jī)飛行安全。因此,自動(dòng)避障技術(shù)的研究對(duì)保障植保無人機(jī)的安全飛行與全自動(dòng)飛行具有重要意義。本文主要工作有:(1)針對(duì)植保無人機(jī)避障問題,提出了一種基于結(jié)構(gòu)光視覺的障礙物檢測(cè)方法�；谌菧y(cè)量原理,通過半導(dǎo)體激光器與CCD間特殊的光路設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)了可探測(cè)前方障礙物信息的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)。該光學(xué)系統(tǒng)由線結(jié)構(gòu)光光源、CCD、鏡頭和濾光片等組成。其中光源的光軸與CCD成像光軸之間的夾角設(shè)計(jì)為θ,光源出光孔與CCD成像光軸之間的距離設(shè)計(jì)為z。光源發(fā)出的線結(jié)構(gòu)光經(jīng)障礙物表面的反射,成像于CCD靶面上,通過圖像采集、處理和計(jì)算得出前方障礙物距離、方位角度和寬度的計(jì)算公式。最后,結(jié)合飛機(jī)飛行姿態(tài)參數(shù),提出了根據(jù)機(jī)身姿態(tài)角來修正檢測(cè)結(jié)果的處理方法。(2)完成了避障系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。選擇多旋翼植保無人機(jī)為避障測(cè)試平臺(tái)、小型工控機(jī)為避障主控模塊。根據(jù)植保作業(yè)的避障要求與機(jī)身尺寸的視場(chǎng)需求,設(shè)計(jì)出由CCD、鏡頭、結(jié)構(gòu)光光源、濾光片和模塊支架組成的避障檢測(cè)模塊,從而完成了硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)。將軟件設(shè)計(jì)劃分為避障飛前準(zhǔn)備、避障檢測(cè)和避障動(dòng)作等三部分。飛前準(zhǔn)備部分主要完成避障參數(shù)設(shè)置和飛前自檢。檢測(cè)部分包括實(shí)時(shí)檢測(cè)流程與圖像處理的設(shè)計(jì),提出了對(duì)障礙物分類處理的圖像處理方法。針對(duì)動(dòng)作模塊,根據(jù)障礙物與無人機(jī)相對(duì)位置的不同生成對(duì)應(yīng)的動(dòng)作指令和移動(dòng)距離,并發(fā)送給飛控,飛控插入避障航點(diǎn)。最終完成了避障的軟件設(shè)計(jì)。(3)完成了檢測(cè)模塊的參數(shù)θ與z標(biāo)定設(shè)計(jì)。根據(jù)距離檢測(cè)的原理,提出了由設(shè)定距離來推導(dǎo)出待標(biāo)定參數(shù)θ與z計(jì)算公式的標(biāo)定方法,并且設(shè)計(jì)出了合適的標(biāo)定板。最后通過標(biāo)定系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì),完成檢測(cè)模塊的參數(shù)標(biāo)定工作,保證了檢測(cè)模塊的檢測(cè)精度。(4)針對(duì)以上的避障系統(tǒng),設(shè)計(jì)了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)、障礙物檢測(cè)的靜動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)以及避障飛行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在3000mm內(nèi),該檢測(cè)模塊對(duì)距離的檢測(cè)誤差不超過±60mm,角度檢測(cè)誤差不超過±4.0°,寬度檢測(cè)誤差不超過±10mm,并實(shí)現(xiàn)了飛行過程中的自動(dòng)避障,驗(yàn)證了本文提出的基于結(jié)構(gòu)光視覺的植保無人機(jī)避障技術(shù)的有效性。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V279;V249
【圖文】：

第 1 章 緒 論背景，農(nóng)村耕地面積高達(dá) 20.25 億畝。隨著人口老齡化和城面臨長(zhǎng)期短缺的局面。因此農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展越來越受到作業(yè)過程當(dāng)中，必須投入大量人力物力，而且效率低由于設(shè)備落后或者使用方式不當(dāng)還普遍存在著農(nóng)藥使用統(tǒng)計(jì)目前我國(guó)農(nóng)業(yè)施藥過程中只有 30%的農(nóng)藥起到了土壤中，引發(fā)自然環(huán)境的進(jìn)一步破壞和水土污染問題[41.2、1.3，地形復(fù)雜且無規(guī)則分布，依靠人工背負(fù)式或僅作業(yè)難度大，作業(yè)效果不能保證，而且會(huì)對(duì)作業(yè)人員

統(tǒng)計(jì)目前我國(guó)農(nóng)業(yè)施藥過程中只有 30%的農(nóng)藥起到了土壤中，引發(fā)自然環(huán)境的進(jìn)一步破壞和水土污染問題[41.2、1.3，地形復(fù)雜且無規(guī)則分布，依靠人工背負(fù)式或僅作業(yè)難度大，作業(yè)效果不能保證，而且會(huì)對(duì)作業(yè)人員圖 1.1 不規(guī)則分布的農(nóng)田

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本文編號(hào)：2729844