本文關(guān)鍵詞：田間作物對(duì)靶噴施機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)》 2014年

基于機(jī)器視覺(jué)的農(nóng)業(yè)車(chē)輛—農(nóng)具組合導(dǎo)航系統(tǒng)路徑識(shí)別及控制方法研究

孟慶寬  

【摘要】：農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)是精細(xì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一,開(kāi)展基于機(jī)器視覺(jué)的農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航系統(tǒng)研究具有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文在863計(jì)劃和國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目的資助下,研究了基于機(jī)器視覺(jué)的農(nóng)業(yè)車(chē)輛—農(nóng)具組合導(dǎo)航系統(tǒng)。主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)農(nóng)業(yè)車(chē)輛—農(nóng)具組合導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)研究。開(kāi)發(fā)了基于機(jī)器視覺(jué)的農(nóng)業(yè)車(chē)輛自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng),完成了基于PLC的轉(zhuǎn)向操縱控制器設(shè)計(jì)和視覺(jué)導(dǎo)航軟件的開(kāi)發(fā)；設(shè)計(jì)了用于玉米中耕除草的農(nóng)具自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng),完了基于PLC的橫向操縱控制器設(shè)計(jì)和系統(tǒng)視覺(jué)導(dǎo)航軟件的開(kāi)發(fā)；構(gòu)建了農(nóng)業(yè)車(chē)輛—農(nóng)具組合導(dǎo)航系統(tǒng),用于提高農(nóng)業(yè)機(jī)械整體導(dǎo)航精度。自動(dòng)導(dǎo)航試驗(yàn)結(jié)果表明,系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。(2)圖像預(yù)處理研究。針對(duì)基于機(jī)器視覺(jué)的農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航系統(tǒng)在圖像處理時(shí)易受光照變化影響的問(wèn)題,提出了YCrCg顏色空間,選擇與光照無(wú)關(guān)的Cg分量進(jìn)行后續(xù)圖像處理；采用基于二維直方圖的FCM聚類(lèi)方法進(jìn)行圖像分割,提高了圖像分割的抗噪聲能力：提出了基于動(dòng)態(tài)圖像“與”的濾波方法來(lái)消除雜草噪聲,提高了導(dǎo)航路徑的檢測(cè)精度。(3)基于機(jī)器視覺(jué)的導(dǎo)航路徑識(shí)別算法研究。針對(duì)Hough變換、基于已知點(diǎn)的Hough變換和最小二乘法等常規(guī)作物行直線檢測(cè)方法存在的不足,提出了基于線性約束系數(shù)的作物行直線檢測(cè)方法、基于直線掃描的作物行直線檢測(cè)方法和基于改進(jìn)遺傳算法的作物行直線檢測(cè)方法�；诰�性約束系數(shù)的作物行直線檢測(cè)方法是最小二乘法的改進(jìn)算法,可有效提高最小二乘法對(duì)噪聲敏感的問(wèn)題,但算法耗時(shí)大于最小二乘法；直線掃描算法通過(guò)“像素步長(zhǎng)”移動(dòng)圖像頂邊和底邊像素點(diǎn)位置產(chǎn)生不同斜率直線,將包含目標(biāo)點(diǎn)最多的直線作為作物行中心線。該方法直接在二值圖像上進(jìn)行作物行檢測(cè),對(duì)雜草噪聲不敏感,具有較高的檢測(cè)精度和實(shí)時(shí)性；基于遺傳算法的作物行直線檢測(cè)方法將圖像頂邊和底邊兩個(gè)端點(diǎn)進(jìn)行染色體編碼,通過(guò)遺傳進(jìn)化選擇適應(yīng)度最高的個(gè)體作為作物行直線,該方法比前兩種方法具有更快的檢測(cè)速度。試驗(yàn)結(jié)果表明,這3種新算法在處理速度上要優(yōu)于Hough變換,檢測(cè)精度優(yōu)于基于已知點(diǎn)的Hough變換和最小二乘法。(4)農(nóng)業(yè)車(chē)輛和農(nóng)具導(dǎo)航?jīng)Q策控制方法研究。通過(guò)建立車(chē)輛2自由度轉(zhuǎn)向模型和視覺(jué)預(yù)瞄模型,對(duì)車(chē)輛橫向控制進(jìn)行狀態(tài)描述。設(shè)計(jì)了基于粒子群優(yōu)化的自適應(yīng)模糊控制器,在模糊控制器中引入加權(quán)因子,以橫向偏差和航向偏差時(shí)間誤差絕對(duì)值積分(ITAE)之和作為系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù),通過(guò)粒子群算法計(jì)算得到最優(yōu)加權(quán)因子,進(jìn)而調(diào)整控制規(guī)則實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航車(chē)輛自適應(yīng)控制。仿真和試驗(yàn)結(jié)果表明,該導(dǎo)航?jīng)Q策控制方法可以迅速消除橫向誤差,具有超調(diào)量小,響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。農(nóng)具導(dǎo)航采用模糊控制算法進(jìn)行決策控制,將橫向偏差和導(dǎo)航速度作為模糊控制器輸入,電流量作為模糊控制輸出。仿真和試驗(yàn)結(jié)果表明,農(nóng)具導(dǎo)航?jīng)Q策控制方法具有較快的響應(yīng)速度和較小的超調(diào)量。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

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【共引文獻(xiàn)】

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