近年來農(nóng)田收割逐漸走向自動化和智能化,這其中離不開環(huán)境感知的相關(guān)任務(wù),如農(nóng)作物的高度和收割作業(yè)線。針對此,提出了基于多傳感器的農(nóng)作物高度動態(tài)測量算法和谷物邊界實(shí)時檢測算法。其中,高度測量部分對激光點(diǎn)云進(jìn)行分層聚類來獲取高度差,邊界檢測部分采用快速的邊界點(diǎn)采樣,并使用隨機(jī)采樣一致性方法對作業(yè)線進(jìn)行直線擬合。算法在實(shí)際水稻收割實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了測試,并表現(xiàn)出較好的應(yīng)用效果。 

【文章來源】：機(jī)電一體化. 2020,26(Z1)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

傳感器在收割機(jī)上布局圖

對傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)收割機(jī)而言，規(guī)范的操作方式是：當(dāng)收割機(jī)割臺前方有谷物時，割臺會下降到適合的高度進(jìn)行谷物收割；當(dāng)割臺前方?jīng)]有谷物時，為了避免收割機(jī)的顛簸俯仰使割臺觸地，一般會將割臺高度提升至安全高度。因此，當(dāng)進(jìn)行自動化收割時，感知層面需要檢測收割機(jī)前方的谷物高度，為割臺高度的升降控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)。如圖2所示。本文提出一種多傳感融合的動態(tài)谷物高度測量方法，硬件層包含一個多線激光和一個高性能九軸IMU。其中，IMU動態(tài)檢測收割機(jī)相對于地面的歐拉角，從而獲得IMU到地面的旋轉(zhuǎn)矩陣；多線激光則用于實(shí)時檢測收割機(jī)前方谷物的距離分布。通過本文中的一種簡單標(biāo)定方法，可以獲得激光到IMU的旋轉(zhuǎn)矩陣，聯(lián)立上述IMU到地面旋轉(zhuǎn)矩陣，繼而可以得到激光到地面坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換矩陣。每當(dāng)獲得一幀當(dāng)前激光點(diǎn)云，通過上述旋轉(zhuǎn)變換矩陣，可以將原始激光坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到相同原點(diǎn)的平行地面坐標(biāo)系。后續(xù)通過分層聚類方法，分離出當(dāng)前幀點(diǎn)云中屬于不同高度的部分，從而獲得谷物高度動態(tài)測量結(jié)果。其測量基本原理如圖3所示。圖3中激光原始坐標(biāo)系reflaser與平行地面坐標(biāo)系refg（以后簡稱地面坐標(biāo)系）具有相同坐標(biāo)原點(diǎn)。

由于農(nóng)田中地形顛簸，收割機(jī)運(yùn)動存在俯仰、橫滾的微小角度變化，這個微小變化會給谷物高度測量帶來誤差。理論上，通過結(jié)合IMU高頻反饋的動態(tài)歐拉角可以消除這部分誤差，其中便涉及從激光到IMU的旋轉(zhuǎn)外參標(biāo)定，即式（1）中：旋轉(zhuǎn)矩陣上下標(biāo)表示坐標(biāo)系關(guān)系，例如liR表示從laser坐標(biāo)系到IMU坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣；igR表示從IMU坐標(biāo)系到地面坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣；lgR則表示從laser坐標(biāo)系到地面坐標(biāo)系的變換矩陣。其中igR可由IMU反饋的歐拉角ψ、θ、f直接獲取，即

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3128714