【摘要】：傳統(tǒng)人工施藥作業(yè)具有效率低、強(qiáng)度大、易中毒等問(wèn)題,不能及時(shí)、有效地防治病蟲(chóng)害,無(wú)人噴霧機(jī)能夠提高作業(yè)效率,高效防治病蟲(chóng)害,是未來(lái)農(nóng)業(yè)植保機(jī)械的必然選擇。農(nóng)田路徑識(shí)別與規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)無(wú)人噴霧機(jī)自主作業(yè)的前提和保證,是無(wú)人植保機(jī)械重點(diǎn)研究方向。太陽(yáng)光照、作物生長(zhǎng)狀況、農(nóng)田地形等增加了無(wú)人噴霧機(jī)自主施藥的難度。本課題為實(shí)現(xiàn)無(wú)人噴霧機(jī)農(nóng)田自主施藥作業(yè),根據(jù)農(nóng)田施藥作業(yè)要求,對(duì)無(wú)人噴霧機(jī)的農(nóng)田路徑識(shí)別與規(guī)劃進(jìn)行研究,主要內(nèi)容如下:(1)搭建了無(wú)人噴霧機(jī)平臺(tái)和傳感器系統(tǒng)。首先介紹了噴霧機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和噴桿機(jī)構(gòu);針對(duì)自轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),建立轉(zhuǎn)彎模型并計(jì)算出噴霧機(jī)最小轉(zhuǎn)彎半徑;設(shè)計(jì)了噴桿自動(dòng)升降和折疊機(jī)構(gòu),以適應(yīng)農(nóng)田作物高度和作業(yè)區(qū)域?qū)挾茸兓?噴霧機(jī)的最大噴幅為12m;將RealSense相機(jī)、Hokuyo UTM-30LX激光傳感器和RTK-GPS等設(shè)備搭建在噴霧機(jī)平臺(tái)上,獲取農(nóng)田彩色圖像、障礙物位置、無(wú)人噴霧機(jī)位置和農(nóng)田邊界位置等信息;最后搭建了傳感器系統(tǒng),為無(wú)人噴霧機(jī)識(shí)別和規(guī)劃農(nóng)田路徑提供數(shù)據(jù)支持。(2)提出了改進(jìn)并行細(xì)化算法的農(nóng)田路徑識(shí)別方法。首先將采集的RGB農(nóng)田圖像轉(zhuǎn)換成HSI顏色空間模型,有效減少光照影響;然后對(duì)圖像進(jìn)行高斯濾波,再采用最大類間方差法(OTSU)分割路徑,根據(jù)農(nóng)田窄長(zhǎng)路徑特征對(duì)其進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理和凸包變換;為了提取農(nóng)田多行窄長(zhǎng)路徑線,分析Zhang快速并行細(xì)化算法的優(yōu)缺點(diǎn),并對(duì)細(xì)化算法進(jìn)行改進(jìn)提取直線路徑。分別采用本文改進(jìn)細(xì)化算法和傳統(tǒng)Hough變換法對(duì)菜田、麥田和稻田三種典型農(nóng)田環(huán)境下的路徑進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示本文算法的平均路徑識(shí)別提取率均高于95%,單幅圖像平均耗時(shí)均小于95 ms,而傳統(tǒng)Hough變換法的平均路徑識(shí)別提取率低于93%,單幅圖像平均耗時(shí)高于130 ms;與Hough變換擬合路徑線相比,本文算法路徑提取率更高,耗時(shí)更短,能夠滿足無(wú)人噴霧機(jī)自主作業(yè)路徑識(shí)別的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求。(3)提出了改進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)法的農(nóng)田路徑規(guī)劃方法。首先融合農(nóng)田邊界信息、作物行信息、噴霧機(jī)最大作業(yè)幅寬、最小轉(zhuǎn)彎半徑、施藥量和耗油量等信息,利用柵格法規(guī)劃出噴霧機(jī)路徑、藥液補(bǔ)給點(diǎn)和燃油補(bǔ)給點(diǎn)。結(jié)合RealSense相機(jī)和Hokuyo UTM-30LX激光傳感器對(duì)無(wú)人噴霧機(jī)進(jìn)行局部路徑規(guī)劃,將圖像中心路徑信息轉(zhuǎn)換成噴霧機(jī)的導(dǎo)航偏角,以調(diào)整噴霧機(jī)作業(yè)方向;根據(jù)激光傳感器獲取的障礙物位置信息選擇收桿避障或轉(zhuǎn)彎避障方式,若需轉(zhuǎn)彎避障,采用提出的改進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)法規(guī)劃局部避障路徑。最后對(duì)路徑規(guī)劃進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果表明本文路徑規(guī)劃方法能夠滿足全覆蓋作業(yè)要求,改進(jìn)的人工勢(shì)場(chǎng)法能夠有效規(guī)劃出局部避障路徑。
【圖文】：

2.1 噴霧機(jī)結(jié)構(gòu)2.1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)本文研究的噴霧機(jī)型號(hào)是 3WPZ-500K 型自走式噴桿噴霧機(jī)，整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2.1 所 示 ，， 由 江 蘇 大 學(xué) 和 南 通 廣 益 公 司 共 同 研 發(fā) 設(shè) 計(jì)（http://www.ntguangyi.com/content/?168.html）。3WPZ-500K 型自走式噴桿噴霧機(jī)主要由發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)、蓄電池組、自轉(zhuǎn)向行走系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、輸藥系統(tǒng)和噴桿噴霧系統(tǒng)等構(gòu)成。噴霧機(jī)采用油電混合技術(shù)，保證了機(jī)器的續(xù)航能力，降低油耗；采用電動(dòng)四輪驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向，減少轉(zhuǎn)彎半徑，提高噴霧機(jī)通過(guò)能力，保證噴霧機(jī)可以在旱田和水田中行走；采用液壓方式控制噴霧機(jī)噴桿自動(dòng)折疊及高度調(diào)整，能夠適應(yīng)不同高度作物的噴霧作業(yè)任務(wù)。3WPZ-500K 型自走式噴桿噴霧機(jī)具體參數(shù)，如表 2.1 所示。

左轉(zhuǎn)示意圖
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP391.41;S491

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊萍萍;黃曉詩(shī);邊曉蓉;;農(nóng)業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)[J];時(shí)代農(nóng)機(jī);2015年07期

2 徐博;陳立平;譚_g;徐e

本文編號(hào)：2633232