針對(duì)葡萄園農(nóng)用機(jī)械植保效率低、智能化程度不高、安全及可靠性差、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題,運(yùn)用環(huán)境感知、軌跡規(guī)劃及運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究設(shè)計(jì)葡萄園植保機(jī)器人自引導(dǎo)及控制系統(tǒng)。以單線激光雷達(dá)傳感器作為植保機(jī)器人壟行間的環(huán)境感知設(shè)備,針對(duì)雷達(dá)反饋數(shù)據(jù)在不同坐標(biāo)系下呈現(xiàn)的不同分布特點(diǎn),設(shè)計(jì)了兩種濾波、分類、擬合方案,并確定機(jī)器人與導(dǎo)航線之間的相對(duì)位姿關(guān)系。構(gòu)建機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型以及目標(biāo)線追蹤模型以輸出運(yùn)動(dòng)控制的期望轉(zhuǎn)角,與底層的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行器相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)植保機(jī)器人的自主運(yùn)動(dòng)。對(duì)課題開(kāi)展背景進(jìn)行了論述,針對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)農(nóng)業(yè)無(wú)人車的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了分析,結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有葡萄園實(shí)際的作業(yè)環(huán)境以及所面臨的問(wèn)題,依據(jù)壟行內(nèi)自主導(dǎo)航中環(huán)境感知、控制決策以及運(yùn)動(dòng)執(zhí)行三個(gè)層面,設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體研究方案并制定了技術(shù)路線。自主式植保機(jī)器人系統(tǒng)在整體架構(gòu)上可以分為三個(gè)模塊,第一個(gè)部分為上層的環(huán)境感知層,主要完成植保機(jī)器人探知周圍環(huán)境并進(jìn)行自定位的功能;第二個(gè)部分為中層的控制決策層,主要工作是確定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡,獲取期望動(dòng)作;第三個(gè)部分為運(yùn)動(dòng)執(zhí)行層,根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)角,構(gòu)建閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制器,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的動(dòng)作跟隨。采用單線激光雷達(dá)檢測(cè)植保機(jī)器人所處局部葡萄園... 

【文章來(lái)源】：濟(jì)南大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：95 頁(yè)

【文章類型】：碩士

【部分圖文】：

基于Hough變換的導(dǎo)航路徑擬合圖

通過(guò)預(yù)先設(shè)定的導(dǎo)航線目標(biāo)點(diǎn)集，來(lái)完成機(jī)器人的準(zhǔn)確跟蹤，導(dǎo)航線的設(shè)置與特征點(diǎn)的采集如圖1.3 導(dǎo)航路徑規(guī)劃圖所示。方法簡(jiǎn)單、有效，但該方法的缺點(diǎn)在于高精度 RTK-BDS 技術(shù)成本較高，目前還不具備廣泛推廣的條件。彭順正[16]等人通過(guò)解析果園植株圖像信息來(lái)提取導(dǎo)航基準(zhǔn)線，應(yīng)用場(chǎng)景為棗園。首先采用“設(shè)定動(dòng)態(tài)閾值”將植株枝干與地塊進(jìn)行分離，然后通過(guò)“行間特征點(diǎn)”濾除圖像噪聲，之后利用棗園行間線性分布的特點(diǎn)，經(jīng)最小二乘法擬合果樹(shù)行線，獲取中心基準(zhǔn)線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法在理想條件下生成的中心基準(zhǔn)線的準(zhǔn)確率超過(guò) 83.4%，但通過(guò)該方案，解析圖像的平均耗時(shí)為 1.0s，仍然不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。圖 1.3 導(dǎo)航路徑規(guī)劃圖所示劉沛[17]等人以激光雷達(dá)作為感知環(huán)境的手段，通過(guò)對(duì)雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分析，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的內(nèi)凹點(diǎn)集作為果樹(shù)樹(shù)干區(qū)域，以近臨兩側(cè)的果樹(shù)連線中點(diǎn)作為行間中心線的特征點(diǎn)，最終采用最小方差法實(shí)現(xiàn)行線擬合，完成導(dǎo)航線的提取，激光雷達(dá)掃描輪廓如圖1.4 激光雷達(dá)掃描效果圖所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在該策略實(shí)施的過(guò)程中，果園拖拉機(jī)作業(yè)過(guò)程中的最大偏距為 15cm

最終采用最小方差法實(shí)現(xiàn)行線擬合，完成導(dǎo)航線的提取，激光雷達(dá)掃描輪廓如圖1.4 激光雷達(dá)掃描效果圖所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在該策略實(shí)施的過(guò)程中，果園拖拉機(jī)作業(yè)過(guò)程中的最大偏距為 15cm，同樣的，由于缺乏對(duì)雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的濾波處理，對(duì)兩側(cè)果樹(shù)環(huán)境的原始數(shù)據(jù)的分類過(guò)于簡(jiǎn)單，使該方法在提高導(dǎo)航線精確度方面遭遇瓶頸。張哲遠(yuǎn)[18]嘗試使用機(jī)器視覺(jué)和激光雷達(dá)多傳感器融合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)果園植保機(jī)器人自定位、自導(dǎo)航，通過(guò)閾值分割、邊緣檢測(cè)、質(zhì)心提取對(duì)果園航拍視圖進(jìn)行處理，完成對(duì)果園中果樹(shù)的定位，采用激光雷達(dá)得到機(jī)器人相對(duì)果樹(shù)的位姿，并最終通過(guò) Hough 變化、隨機(jī)一致性抽樣的方法來(lái)擬合果樹(shù)行線，并提取行間中心線。該策略為果園機(jī)器人的導(dǎo)

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士 共5條
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本文編號(hào)：2894878