基于离散因子的多传感器数据融合和导航线提取方法

目的 针对玉米田间路径边界模糊和形状不规则特点,普通的田间导航线提取算法在农业机器人实际应用中会出现偏差过大的问题,本文针对3~5叶期玉米田提出了基于离散因子的相机与三维激光雷达融合的导航线提取算法。方法 首先利用三维激光雷达获取玉米植株点云数据,同时将相机采集的图像利用超绿化算法和最大类间方差法自动获得绿色特征二值图像,然后将聚类分析后的点云数据投影到图像中的目标边框上,构建多传感器数据融合支持度模型进行特征识别,最后拟合所获取特征中心点即为导航基准线。结果 该算法能够很好地适应复杂环境,具有很强的抗干扰能力,单帧平均处理时间仅为95.62 ms,正确率高达95.33%。结论 该算法解决了传统算法寻找特征质心偏移、识别结果不可靠等问题,为机器人在玉米田间行走提供了可靠的、实时的导航路径。     

基于工作目标区图的大蒜播种机器人的路径规划

[目的]实现大蒜播种机器人作业效率和精确度最优化。[方法]基于工作目标区图的农业机器人导航跟踪原理设置大蒜播种机器人作业的路径规划,经试验验证其可行性。[结果]根据工作目标区图,给出大蒜播种机器人作业路径规划方程。采用由32位单片机控制的4轮机器人完成作业,选用激光待感器测距,采样周期为1 kHz/ms。经多次试验实测,证实机器人的0.4 m/s速度行驶,其最大横向偏差为0.038 m,说明其精度较高。[结论]该作业方案原始数据处理简洁、运算快,节约系统资源,跟踪速度快,精度高、种植效果好。     

自走式西瓜盆栽土壤信息采集装置设计与试验

为满足高频次获取西瓜植株种植土壤中湿度和其他养分含量的需求,同时解决西瓜温室大棚内由于盆栽种植密集、空间狭小所带来的人工采集数据劳动强度大、作业环境恶劣等问题,设计了一种电动自走式土壤信息采集装置。该装置的移动平台可沿预设轨道到达盆栽相应位置,多关节机械手模拟人工检测方式伸至西瓜盆栽土壤中,对湿度数据自动采集。利用设计的采集装置整体结构以及多关节机械臂机构、传感器检测部件的结构,构建了该装置的控制系统和通信系统,并进行了西瓜盆栽土壤湿度采集试验。结果表明,该采集装置稳定行走的最大速度为0.24 m/s,多关节机械臂搭载传感器能精确插入盆栽土壤中,其水平方向定位误差最大值为11 mm,装置检测盆栽的漏检率为0.92%,采集土壤信息的效率为3.2盆/min,作业流畅、性能稳定,采用循环轮检方式可替代人工完成所有盆栽土壤信息的自动采集工作。研究表明,该采集装置相比人工采集提高了盆栽信息采集的效率,也实现了高频次、高通量采集盆栽土壤信息的要求。     

基于双激光源的水田作业机械导航定位系统电路设计

为实现对水田作业机械导航定位系统提供准确的位置坐标、航向角、前轮转角、行驶速度等重要信息参数,并完成相应的控制动作,设计了一套基于双激光源的水田作业机械导航定位系统电路.该系统电路主要由激光发射电路、激光接收电路和中央处理单元组成.试验结果表明,该导航定位系统效果较好,能满足作业速度低于1.5 m/s的水田作业机械导航定位系统的要求.     

长输油气管道智能导航平台的开发

普通地图和手机地图不包含长输油气管道信息,同时在地形复杂、人烟稀少地区普通导航不能提供更详实的道路信息,因此不适合为管道维抢修队伍提供路径规划。基于高德地图API开发了长输油气管道智能导航平台,其主要由定位模块、路径规划与导航模块、显示模块及记忆模块构成。该平台通过调用服务的相关接口,将第三方地图数据与管道阀室数据进行融合,共同组成数字化地图,利用坐标转化技术将经纬度坐标转化为第三方地图可识别的数据,从而快速定位管道事故位置、规划抢险道路、跟踪抢险队伍位置;通过设置避让点管理功能,可以避开限行道路、避免往返行走,用户根据需求添加、修改、删除避让点,可帮助大型车辆快速赶赴事故现场;同时,提供历史轨迹保存功能,保存最后一次的行走轨迹,通过查看历史轨迹,可帮助抢险队伍在最短时间内及时赶到事故现场。     

智能巡检机器人在500kV变电站的应用

面对变电站运维工作日益精益化的管理趋势,要采用智能巡检机器人对变电站进行巡检运维管理,解决巡检导航定位精准度、巡视覆盖率、红外测温分析不足的缺陷,采用基于地图匹配的激光导航系统,进行智能巡检机器人的全局规划,并进行全站设备点的导航路径的构建,提高智能巡检机器人在500kV变电站的巡检应用覆盖率,提高智能巡检机器人的应用精度。     

6 月农事

正大棚内水分不足,系统会自动发出指令打开滴灌电磁阀,对棚内作物进行灌溉;光照不够,系统会控制大棚周围的隔光膜自动卷起来,植物生长补光灯自动亮起来……棚内看不到一个工作人员,通过互联网技术的相关应用,园区实现了智能化管理。这是在位于山东省聊城市东昌府区斗虎屯镇的山东海睿现代化设施农业示范园区的一幕。在斗虎屯镇谭楼村,一排排大棚整齐地排列着,每个棚宽12 m、长145 m。在斗虎屯镇,聊临路两侧     

果园作业机器人的自主行间导航系统研究

【目的】挂载多种农机具的果园作业机器人能减少果园劳动力投入、降低水果生产成本并提高果园生产效率,其中自主导航系统是果园作业机器人应用研究的重点和难点。【方法】文章针对果园作业机器人GPS导航过程中定位信号易受树叶遮挡及多路径效应干扰等问题,以果园作业机器人初始位置为原点建立世界坐标系,采用拓展卡尔曼滤波算法对通过三维激光雷达结合RANSAC算法获取的果园行直线进行优化,设计结合差速模型和纯跟踪算法的果园自主行间导航算法,并以该算法为基础开发果园作业机器人自主行间导航系统,驱动果园作业机器人沿树行中心行驶并完成自主调头进入下一行的工作。【结果】(1)根据现代化矮化密植果园的环境,果园自主行间导航算法能根据两侧果树行的三维点云,自主生成稳定的导航位置;(2)果园作业机器人能够沿果园行中心位置匀速行驶,并能够实时根据果园行的变化来修正自身的位姿。当速度在0.4 m/s时候,机器人运动的横向平均偏差为0.1 m,航向平均偏差为1.04°;(3)基于果园行宽相等的条件,果园作业机器人能够在行尾自主调头进入下一行,之后沿行内中心位置继续行驶。【结论】该文果园自主行间导航系统设计合理,算法稳定性高,导航精度高,不受驾驶路况的影响,能够满足现代化矮化密植果园作业的自主行驶需求。     

日本的无人化病虫防治机

近年来,日本开发了各种各样的设施园艺病虫防治装置,其中最引人注目的是无人化防治作业机具。自走式喷雾机又称为机器人喷雾车,是目前最受欢迎的设施内防治机械。有全自动与半自动两种,都在车身上带有可以自动收放缠绕的软管,能在大棚中的畦间来回行走,往复喷雾。全自动的在喷完一畦后,可以在轨道上自动移至下一畦,喷洒药剂时,操作人员不必进入室内,而进行完全无人化作业。半自动化的只能在畦间往复行走喷洒,需人工辅助转移。应用这种机械,可在0.5～1小时内喷完1.5亩的作物。该机的特点是可以充分利用原有的动力喷雾机改装,喷嘴形态与人力喷洒方式基本相同,可取得与人工喷洒相同的     

水稻插秧机导航控制器设计与路径追踪仿真研究

为了实现水稻插秧机部分或完全自主行走,需要设计合适的导航控制器代替驾驶员分析插秧机与预定义路径的位姿信息后,决策出转向方向和角度控制插秧机按照预定义路径行走。采用基于驾驶员模拟技术,设计了以航向偏差和横向位置偏差作为输入变量,插秧机转向轮期望转角作为输出变量,总结并模拟驾驶员驾驶经验采用模糊控制算法制定模糊规则,构建二维模糊导航控制器;在MATLAB/Simulink下使用简化的二轮车运动学模型进行路径追踪斜坡响应和阶跃响应仿真研究,分析该二维模糊导航控制器控制水稻插秧机追踪预定义路径能力。仿真结果表明水稻插秧机路径追踪斜坡响应最大误差为1.23m,追踪距离为3.45m,稳态误差为0.41m;在此过程中航向追踪信号的超调量MP为17.5°,调整时间ts为7.15s,稳态误差ess为0.2°。水稻插秧机路径追踪30cm阶跃响应的超调量MP为0.8cm,调整时间ts为30.2s,稳态误差ess为0.5cm。水稻插秧机路径追踪仿真结果说明本研究设计的二维模糊导航控制器的转向决策成功控制水稻插秧机追踪预定义路径,该控制系统响应的快速性、平稳性、精确性均良好,为实现水稻插秧机自主行走提供理论支撑。     

现代农业用上“聪明管家”

<正>大棚内水分不足,系统会自动发出指令打开滴灌电磁阀,对棚内作物进行灌溉;光照不够,系统会控制大棚周围的隔光膜自动卷起来,植物生长补光灯自动亮起来……棚内看不到一个工作人员,通过互联网技术的相关应用,园区实现了智能化管理。这是在位于山东省聊城市东昌府区斗虎屯镇的山东海睿现代化设施农业示范园区的一幕。在斗虎屯镇谭楼村,一排排大棚整齐地排列着,每个棚宽12 m、长145 m。在斗虎屯镇,聊临路两侧     

农业机器人上岗了

<正>2019年6月15日,由福建省农业科学院与福建新大陆时代科技有限公司组建的数字农业联合实验室研发的人工智能农业机器人正式在中国以色列示范农场智能蔬果大棚开始全天候生产巡检。这标志着我国人工智能农业机器人从研发阶段正式进入了实际应用阶段。这款机器人外观为白色的卡通人物,有清晰的五官和手脚,通过底部的轮子可完成360度旋转和移动,流畅地沿着栽培槽自动巡检、定点采集、自动转弯、自动返航、自动充电,如果途中遇到障碍物还能自动绕行。     

基于星基增强精密单点定位的农机自动导航系统开发与测试

目的 开发基于星基增强精密单点定位的农机自动导航系统。方法 以国产雷沃TX1204拖拉机为平台,采用国产星基增强定位板卡的输出数据作为农机位置反馈量,设计位速卡尔曼滤波器对定位数据进行滤波处理,开发预瞄跟随PID路径跟踪控制算法进行导航控制,整定不同行驶速度条件下的模型控制参数,采用地基增强RTK高精度定位接收机输出数据作为参考量,搭建农机自动导航测试系统并开展系统性能测试。结果 在直线跟踪误差方面,所开发的农机自动导航系统平均误差为?0.0009436 m,标准差为0.02452 m,最大误差绝对值为0.08472 m;在邻接行误差方面,平均误差为0.0007128 m,标准差为0.02986 m,最大误差绝对值为0.15444 m。这一精度可满足大部分农机自动导航作业需求。结论 将国产星基增强精密单点定位技术用于农机自动导航是可行的;本文设计的预瞄跟随PID路径跟踪控制模型和提出的不同速度条件下PID参数与前视距离的整定方法,提高了系统对不同速度的自适应能力。     

农用车辆级联式直线路径导航控制方法研究

农用车辆导航控制是精准农业作业体系的重要组成部分,是支持农用车辆田间自动精准作业的关键技术。由于在大型农田中直线路径跟踪是农用车辆的主要作业模式,本研究针对直线路径跟踪问题提出一种级联式导航控制方法。首先讨论了农用车辆的级联式导航控制结构,并依此将导航控制任务分解为路径跟踪控制和转向控制两个级联的控制任务。然后推导出了农用车辆的相对运动学模型,并基于该模型针对路径跟踪控制任务提出了一种最优PD控制方法;为了提高转向控制子系统的性能,在转向控制任务中提出了一种基于过渡过程的改进PD控制方法,最后进行了方法的试验验证。试验数据分析结果表明:在直线路径跟踪过程中,横向位置误差的平均值为0.02 m,标准差为0.04 m,完全满足农用车辆直线路径跟踪作业的要求,验证了所提方法的有效性和优越性。     

室外农业机器人导航研究综述

农业机器人是现代农业技术的集中体现和未来发展趋势,当前研究中还存在着许多制约因素,其中导航是完成自动作业的关键,也是制约农业机器人发展的最大瓶颈。在长期的农业机器人自动导航研究中,经历路标、气味、机器视觉及星基导航等多种方式的研究和探索,其中视觉和星基导航逐渐成为当前导航研究的主要内容,星基导航以其成本低、系统结构简单、控制灵活等特点,必将在未来机器人导航领域占有越来越重要的地位。     

基于密度自适应的RANSAC非结构化环境下果园机器人导航

目的 提出一种基于多传感器融合的果园导航方案,解决果园机器人在GPS导航过程中受果树遮挡导致信号弱、定位效果差的问题。方法 通过16线激光雷达采集高精度的三维点云数据,利用Voxel grid filter滤波算法进行点云预处理,降低点云密度并去除离散点,将果树行通过欧几里类算法进行聚类,采用改进的随机采样一致性 (Random sample consensus, RANSAC) 算法拟合出果树行直线,根据平行直线的关系,推算得到导航线,并融合惯性测量单元(Inertial measurement unit, IMU)对果园机器人进行高精度定位。基于差速转向和纯追踪模型进行轨迹跟踪,实现果园机器人在果树行间自主导航以及自动换行的目标。结果 在将激光雷达和IMU的数据进行融合后,获取到果园机器人的准确位姿,当机器人以速度0.8 m/s在果园作业时,对比最小二乘法和传统RANSAC法产生的偏差,基于密度自适应RANSAC法产生的横向偏差不超过0.1 m、航向角偏差不超过1.5°,均为3种方法中的最小值。但当机器人速度增加到1.0 m/s时,各项偏差均明显增大。结论 本文提出的基于多传感器融合的果园机器人导航技术适用于大多数规范化果园,具有重要推广价值。     

支持多平台应用的智慧农业温室大棚监控系统设计

采用无线通信技术、以太网技术、视频监控及Web技术等,设计了1套支持Android、IOS和Windows的多平台农业温室大棚数据监控与溯源系统,完成了系统的软硬件实现与测试。结果表明,设计的系统可以实时掌握作物生长的温湿度、二氧化碳、土壤pH值和光照度等环境数据,并在给定的向量机模型下自动产生相应的控制信号以调节作物生长环境,系统还可以自动将采集的作物生长环境参数存储到溯源模块中。为了方便用户直观查看和管理,该系统采用地理信息技术(GIS)将百度地图嵌入到软件系统中,实现了大棚位置和传感器节点信息的在线标定。     

温室智能装备系列之九十八 温室内定位技术研究新趋势

<正>温室内定位技术温室内定位技术是基于定位系统(IPS)数据,对可视化静态坐标或基于静态坐标获得的移动坐标实现高保真室内定位立体重构,或在地图上显示并跟踪目标位置的技术。目前在设施农业领域,作物精准管理以及智能化机器人作业都需要精准定位,因此实现温室内智能运行设备的准确定位意义重大。在大型连栋温室内,负责自动运输物料及采收产品的AGV系统,     

一种设施大棚智能化降温换气通风机的设计与应用研究

设施栽培条件下,保温降湿是主要的管理目的。而在11—12月、2—3月的晴天中午时段,设施大棚内也会出现短时30～35℃的高温,此时采用天窗通风,棚内外空气对流不明显,降温效果不佳,且不利于棚内二氧化碳的补充。本着简单实用的原则,我们设计研发了一种适用于设施大棚的智能化降温换气通风机。该装置利用安装于大棚内的传感器实时采集棚内气温和二氧化碳浓度数据,并通过大棚环境一体化控制器在本地或利用手机APP远程操控通风机,利用安装于棚外的鼓风机鼓风和安装于大棚后墙壁上的挂式通风管送风,可在一定程度上解决特定时段棚温高、二氧化碳浓度偏低的问题。在济南市历城区唐王镇设施蔬菜大棚内的应用结果表明,采用该通风机进行换气,能起到温和降温、有效补充二氧化碳、避免穿堂风造成伤害等效果。     

基于无模型自适应控制的设施园艺自动导航车辆路径跟踪

为实现设施园艺内农业机械的自动导航,提出一种基于无模型自适应控制(model-free adaptive control,简称MFAC)车辆路径跟踪方法.采用4个超宽带(UWB)基站组建室内无线定位系统,并与WT901 C光纤陀螺仪组合使用,获取试验样车与期望路径之间的横向偏差和航向偏差.建立预瞄偏差模型,并采用无模型...