果園作業(yè)機(jī)器人定位與地圖構(gòu)建研究.pdf

1、在開(kāi)闊的農(nóng)田環(huán)境下，農(nóng)業(yè)機(jī)器人基于GNSS(Global Navigation Satellite System)的定位與導(dǎo)航方法已經(jīng)被成功應(yīng)用了多年。然而在果園環(huán)境下，由于果樹(shù)樹(shù)冠的遮擋，GNSS信號(hào)存在嚴(yán)重的干擾問(wèn)題，因而果園作業(yè)機(jī)器人的定位與導(dǎo)航應(yīng)該是謀求一種不依賴于GNSS的可靠方法。在室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人研究領(lǐng)域，不依賴于GNSS，基于地圖的定位與導(dǎo)航方法被廣泛研究，技術(shù)成熟。為此，本文以自主研制的農(nóng)業(yè)移動(dòng)機(jī)器人為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，展開(kāi)了果

2、園環(huán)境幾何特征地圖與柵格地圖兩類地圖的構(gòu)建研究，以期后續(xù)果園作業(yè)機(jī)器人不依賴于GNSS，實(shí)現(xiàn)基于地圖的定位與導(dǎo)航。本文的主要研究成果及結(jié)論如下:
　　(1)針對(duì)果園環(huán)境往往存在較為規(guī)整的圓柱形樹(shù)干的情況，本研究在激光雷達(dá)數(shù)據(jù)聚類、樹(shù)干圓弧特征檢測(cè)的基礎(chǔ)之上，提取出了樹(shù)干的中心點(diǎn)位置，在機(jī)器人初始位姿下構(gòu)建出了一定作業(yè)空間的樹(shù)干中心點(diǎn)特征地圖，其屬于一種幾何特征地圖。
　　(2)利用所構(gòu)建的樹(shù)干中心點(diǎn)特征地圖，提出了一種基于樹(shù)

3、干中心點(diǎn)特征地圖的定位方法。以水杉樹(shù)場(chǎng)景、櫻花樹(shù)與楓樹(shù)場(chǎng)景分別模擬樹(shù)干粗大、樹(shù)干較細(xì)的果園環(huán)境，完成了預(yù)定作業(yè)空間中樹(shù)干中心點(diǎn)的提取，構(gòu)建出了樹(shù)干中心點(diǎn)特征地圖，并利用該地圖實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的行間定位，實(shí)時(shí)獲取到了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的行間定位位姿，很好地解決了里程計(jì)定位在果園環(huán)境應(yīng)用面臨的累積誤差導(dǎo)致的定位不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
　　(3)為了解決果園作業(yè)機(jī)器人在地頭的定位問(wèn)題，提出了一種基于路標(biāo)的地頭定位方法，櫻花樹(shù)與楓樹(shù)場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了

4、該方法的有效性。希望該方法的提出，對(duì)解決果園作業(yè)機(jī)器人地頭定位、轉(zhuǎn)向、導(dǎo)航等難點(diǎn)問(wèn)題有所啟發(fā)與借鑒。
　　(4)針對(duì)立體視覺(jué)信息豐富但視野狹小，激光雷達(dá)檢測(cè)范圍大但數(shù)據(jù)稀疏的特點(diǎn)，在兩者各自局部柵格建圖的基礎(chǔ)之上，提出了一種集成局部柵格地圖構(gòu)建方法。梨園場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該局部地圖構(gòu)建方法對(duì)兩種傳感器進(jìn)行了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，能更好地刻畫果園環(huán)境的二維細(xì)節(jié)，提高了建圖的可靠性。
　　(5)進(jìn)行了基于位姿的全局柵格地圖構(gòu)建研究。利用基