基于農(nóng)業(yè)機(jī)器人試驗(yàn)平臺(tái)的郁閉型果園視覺導(dǎo)航系統(tǒng)研究.pdf

1、陜西省是我國(guó)的果業(yè)生產(chǎn)大省，其中80％以上屬于郁閉型果園，研發(fā)適合該類果園的智能化裝備對(duì)于實(shí)現(xiàn)陜西省果園自動(dòng)化生產(chǎn)具有重要意義，其中自主導(dǎo)航作為果園智能化裝備的一大關(guān)鍵技術(shù)，仍是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文針對(duì)郁閉型果園，結(jié)合二維碼靶標(biāo)與單目視覺測(cè)量技術(shù)，對(duì)視覺導(dǎo)航算法和控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并以西北農(nóng)林科技大學(xué)自行研制的農(nóng)業(yè)機(jī)器人試驗(yàn)平臺(tái)為載體，對(duì)視覺導(dǎo)航控制系統(tǒng)進(jìn)行了集成和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試試驗(yàn)。本文的主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:
　　(1)

2、對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人試驗(yàn)平臺(tái)郁閉型果園視覺導(dǎo)航方案進(jìn)行了研究分析，提出了基于單目視覺測(cè)量與二維碼靶標(biāo)相結(jié)合的視覺導(dǎo)航定位方法;確定了農(nóng)業(yè)機(jī)器人試驗(yàn)平臺(tái)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的整體方案，即通過(guò)電腦調(diào)用外接攝像頭實(shí)時(shí)捕捉視頻圖像進(jìn)行處理獲取導(dǎo)航參數(shù)，采用超聲波傳感器進(jìn)行避障檢測(cè)，基于STM32單片機(jī)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航控制。
　　(2)對(duì)基于二維碼靶標(biāo)的視覺測(cè)量方法進(jìn)行了研究。首先構(gòu)建了基于二維碼靶標(biāo)的視覺測(cè)量模型;其次對(duì)郁閉型果園環(huán)境下靶標(biāo)特征點(diǎn)的提取進(jìn)行了研究

3、，提出了通過(guò)灰度化、canny邊緣檢測(cè)、輪廓篩選、基于幾何特征識(shí)別的去噪處理以及目標(biāo)輪廓質(zhì)心提取最終實(shí)現(xiàn)靶標(biāo)特征點(diǎn)提取的圖像處理方法;最后采用基于平面靶標(biāo)的標(biāo)定方法，利用matlab標(biāo)定工具箱完成了攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)的標(biāo)定。
　　(3)對(duì)導(dǎo)航路徑規(guī)劃和導(dǎo)航參數(shù)求解進(jìn)行了研究。規(guī)劃了農(nóng)業(yè)機(jī)器人試驗(yàn)平臺(tái)的果園導(dǎo)航路徑，確定了二維碼靶標(biāo)在果園里的布置方案，并對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人試驗(yàn)平臺(tái)跟蹤直行和轉(zhuǎn)彎路徑時(shí)的導(dǎo)航參數(shù)進(jìn)行了求解。通過(guò)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人試驗(yàn)平臺(tái)

4、上搭建視覺檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)視覺測(cè)量導(dǎo)航定位方法的實(shí)時(shí)性和定位誤差進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明采用該方法處理一幀圖像實(shí)現(xiàn)視覺測(cè)量求得導(dǎo)航參數(shù)最長(zhǎng)耗時(shí)0.23ms，實(shí)時(shí)性較好;以導(dǎo)航路徑為基準(zhǔn)，視覺測(cè)量最大定位偏差小于0.18m。
　　(4)對(duì)導(dǎo)航控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)開發(fā)和集成測(cè)試。選擇STM32F407單片機(jī)作為主控芯片，基于MDK軟件對(duì)控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括主控程序以及電腦與單片機(jī)串口通信、導(dǎo)航參數(shù)的讀取與解算、超聲波測(cè)距、霍爾測(cè)速、輸出P