关于农业机械机器视觉导航技术的前沿探讨

本文介绍了农业机械机器的视觉导航的结构及相关特点,我们提出了农业机械机器视觉导航的关键技术,包括农业机械机器的导航规划技术、信息处理视觉技术、转向控制技术,文章分析了农业机械机器视觉导航技术存在问题及未来发展趋势。     

农业机械视觉导航系统技术研究

机器视觉导航技术是农业机械装备中应用智能控制的重要研究方向.为此,分析了机器视觉信息处理的主流理论框架模型及其存在的不足,提出了一种改进了的机器视觉信息处理的农业机械导航视觉系统结构,并探讨了农业机械机器视觉导航系统的特点及其关键技术.农业机械机器视觉导航研究具有广阔的发展前景.     

基于机器视觉的农业机械自动导航方法研究

目前,全球农业面临粮食生产效率提高和可持续性管理的挑战,自动导航技术成为提高生产力和资源利用效率的关键技术之一。基于机器视觉技术的基本原理,系统探讨了机器视觉技术在农业机械自动导航应用平台的构建,并提出一种基于颜色和纹理特征组合的田间障碍物识别方法,根据识别结果系统实现自动实时测距与信息反馈,从而实现农业机械的智能导航。     

基于机器视觉的农业机械避障导航算法研究

【目的】机器视觉技术已经成为一种重要的农业机械导航线路提取技术,但农业机械避障导航的自动提取容易受到自然条件的影响,其实时性要求还需进一步改进。【方法】笔者提出了一种基于机器视觉的农业机械避障导航算法,首先,利用改进之后的避障导航算法对CCD提取的彩色农田图像进行灰度化处理,呈现出图像信息;其次,利用改进之后的Otsu算法对避障系统获取的图像信息进行分割,得出新的图像,再利用滤波、腐蚀、膨胀等算法模式去除避障中的不良信息;最后,在避障信息的基础上提取出针对性的骨架,再对导航进行模拟,计算得出最后的偏差,并采用速度分别为0.5 m/s、1.0m/s的慢速实验对田间农作物中的障碍物进行检测。【结果】仿真结果表明,笔者提出的障碍物探测方法能够在不同的车速情况下,对障碍物的方向和形状进行精确识别,具有很好的适用性。【结论】1）基于机器视觉的农业机械避障导航算法能够较好地克服农业种植过程中出现的障碍物干扰,准确地提取出农田中的作物行驶方向和距离,并为以后的处理打下了良好的基础。2）目前对于障碍物的检测只考虑了静态障碍物和离航向最近的障碍物为有效障碍物的情况,在后续的研究中应对田间多障碍、动态障碍...     

基于机器视觉的农业机械无人驾驶系统

为实现农业机械的无人驾驶,研究基于机器视觉的农业机械运动控制具有重要的意义.为此,介绍了基于机器视觉的农业机械无人驾驶的工作原理和实现方法,通过对视频图像的处理,识别出农业作业环境路径特征的位置和方向,采用模糊控制方法实现了农业机械的运动控制.试验证明了基于机器视觉的农业机械无人驾驶系统的可行性及控制算法的可靠性,对未来视觉伺服研究的方向进行了总结.     

机器视觉在农业生产中的应用研究

机器视觉技术因其非破坏性、精度高、速度快等特点,在现代农业生产中得到广泛应用。基于前人研究成果和文献分析,综述了近年来机器视觉技术在农产品质量分级与检测、农田病虫草害控制、农业自动采摘系统、农作物生长过程检测以及农业机械导航等方面的国内外研究进展,并对机器视觉技术在各领域的研究情况进行分析和总结,提出了机器视觉技术在农业生产应用中存在的问题和未来的研究方向。     

自然光照下基于粒子群算法的农业机械导航路径识别

针对农业机械视觉导航线提取易受光照变化影响及常规导航线识别算法实时性低、抗干扰能力差等问题,对自然光照条件下基于机器视觉的农业机械导航路径识别技术进行了研究。首先,在YCr Cb颜色模型的基础上构建与光照无关的Cg分量,选择2Cg-Cr-Cb特征因子对图像进行灰度化处理,以降低光照变化对图像分割的影响;然后,采用改进K-means聚类方法进行图像分割,将绿色作物信息从土壤背景中分离出来,并通过形态学滤波方法滤除二值图像中存在的杂草干扰信息;最后,根据图像中作物行的特点建立作物行直线方程约束模型,利用粒子群算法对作物行直线进行寻优求解,进而得到导航线。实验结果表明,不同光照条件下对2Cg-Cr-Cb灰度图像进行图像分割,可以清晰完整地将作物从土壤背景中分离出来,分割图像受光照变化影响较小并且不会引入背景噪声;基于粒子群算法的导航线检测方法可以快速准确地提取出导航路径,对于不同农田作物和作物不同生长阶段具有较高的适应性,相比于常规导航线识别算法具有实时性高、鲁棒性好等优点。     

基于GPS和机器视觉的自主导航定位农机设备研究

准确、可靠的位置信息是进行农业机械自动导航的前提,为了提高农机自主定位导航的精度,提出了一种基于GPS和机器视觉联合导航的定位系统,并介绍了联合定位导航的方法,最后以实验得方式验证了导航的可行性。农机的GPS和机器视觉组合定位系统采用GPS部分对农机的绝对位置进行实时采集,并跟踪导航角和行驶速度,完成绝对定位;采用机器视觉部分图像处理的方式,获得导航基准线和作业目标信息,完成相对定位;采用光电对管实现了避障功能,并采用无线数据的收发,实现了农机的远程控制。对农机联合导航机制进行了实验验证,结果表明:最大误差不超过0.1m,精度较高,克服了单一定位方式的不足,提高了农机自主导航的定位效果。     

农用轮式移动机器人灰色预测控制

提出了一种对机器视觉导航的轮式移动机器人进行横向控制的灰色预测控制算法,根据从传感器处获得的偏差建立灰色预测模型,以预测的偏差代替严重滞后的机器视觉采样偏差,并设计了系统最优控制器。仿真结果表明,该算法有效地克服了因非结构化农田自然环境视觉识别延迟过长所引起的控制系统性能下降的问题,改善了控制效果和自适应能力。     

基于EKF的农机智能体自主导航算法研究

为获得更加准确、全面、实时的农田障碍物信息,提高农业机械智能体自主导航定位的精度,提出一种基于北斗系统和视觉导航的组合定位方法。针对农田环境,选择BDS、视觉CCD为外部传感器,设计一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的数据融合算法,该算法融合了BDS和视觉传感器数据,实时定位农机智能体的位置。系统通过对导航角度和行驶进度进行跟踪,完成绝对定位。通过机器视觉图像处理,获取导航基准和作业目标信息,完成相对定位。通过试验验证该算法的有效性,并通过卡尔曼滤波算法(KF)的成果进行对比分析。结果表明：滤波后的路径更平滑,抖动偏差减小,坐标数据比KF滤波结果更稳定、更平滑。此外,距离的平均误差可以从滤波前的0.119 5 m降低到滤波后的0.07 0 m,有效地降低了过程噪声。且位置偏差在±0.1 m以内,精度较高,提升了农机智能体自主导航的定位精度。     

农业自动行走车引导系统研究现状和发展趋势

精确农业概念的提出使农业自动行走车的研究得到重视。为此综述了农用自动行走车的引导系统的实现方法和特点，指出其发展趋势是机器视觉，GPS等多传感器融合技术的应用。     

玉米根茬图像的分割方法

对保护性耕作留茬覆盖情况下田间玉米根茬图像进行了分割.选取采集图像的彩度信息作为对象,通过对几种常用的自动阈值选取算法的比较,选择了迭代法对田间图像进行分割.实验结果表明:该方法能够有效地将根茬目标与土壤背景分割开来,为下一步检测行茬直线并将其作为导航基准线进行视觉导航的研究提供了基础.     

基于桌面虚拟现实系统车辆运动仿真的立体视觉实现

设计了一套桌面虚拟现实系统，在该系统下实现了立体视觉，并给出了车辆运动仿真的一个实例。虚拟现实技术为车辆运动仿真提供了一种新的方法。     

#br# 新型电动四轮农用车牵引性能研究#br#

针对传统燃油农用车辆在环保、动力等性能方面存在的不足,研制一种新型电动四轮农用车辆,对样机进行牵引性能测试。针对作业和行驶工况,提出后轮电机中央驱动、前轮轮毂电机独立驱动的新型电动四驱动力系统方案,对整机牵引动力学进行分析,并进行牵引性能实车试验和经济性分析。研究表明,新型电动四轮农用车具有较好的牵引性能和经济性：牵引性能方面,后轮驱动的最大牵引力为1 925 N,最大牵引效率为74%;经济性方面,中耕作业单位面积能量消耗降至传统燃油拖拉机的42.4%,单位面积成本费用降至传统燃油拖拉机的80.1%。该机适应温室大棚等设施农业、观光休闲农业等绿色环保的新型农业生产方式快速发展的需要,也为全新电动农业车辆设计提供参考。     

汽车平顺性的虚拟样机试验

应用面向整机系统虚拟样机的概念,将研究对象分为悬架、轮胎、路面等模块。用BEAM力将悬架多片板簧简化为一片主板簧或一片主板簧和一片副板簧，用ADAMS的FIALA模型轮胎表示车辆轮眙．根据ISO噪声路面的功率谱参数，设计了车辆行驶的路面文件。同时建立了三维实体虚拟整车模型，实现了虚拟午辆的仿真行驶。虚拟汽车仿真行驶时，能够体现真实车辆的运动学和动力学关系。驾驶员振动加速度仿真值与实测值接近。研究结果表明，对于汽车这一复杂的机器系统．通过在计算机上建立详细的虚拟样机进行平顺性分析是可行的.     

复杂路面农用车辆制动防抱死系统仿真研究

分析了农用车辆使用制动防抱死系统的可行性,研究了复杂路面农用车辆制动防抱死系统仿真模型和仿真试验控制问题,建立了1/3农用三轮车制动动力学模型、复杂路面附着条件模型、农用三轮车仿真模型和复杂路面仿真模型,提出了两种制动工况下的仿真试验方法,准确模拟出农用车辆在复杂路面制动时车速与轮速曲线变化情况,验证了复杂路面ABS控制的有效性。     

农用四轴飞行器避障控制系统设计——基于机器视觉和超声波测距

首先,基于双目视觉和超声波测距介绍了农用四轴飞行器的障碍物感知原理;然后,基于整体框架和飞行器对避障控制系统进行了整体设计;最后,基于机器视觉和超声波测距实现了农用四轴飞行器避障控制系统。实验结果表明:当飞行器和障碍物达到设置距离时,飞行器能够快速进行悬停响应,并能及时进行避障操作,证明了农用四轴飞行器避障控制系统的可行性和有效性。     

履带式果园作业车平地直行和转向仿真研究及试验

采用多体动力学仿真软件Recur Dyn的履带车辆子系统Track(LM)建立履带式果园作业车多体动力学模型,并进行仿真分析,着重对履带式果园作业车在平地直行和平地转向两种工况进行动态性能仿真,并判断整机稳定性能。通过对履带车的接地压力、沉陷深度、行走阻力、转向角速度和转向角加速度的仿真分析及作业车辆平地直行和180°进行转向试验,结果表明:整机模型有效,验证了仿真模型的正确性,为履带式果园作业车进一步的改进设计提供了理论参考依据。     

久保田插秧机的GPS导航控制系统设计

将计算机技术、传感器技术、GPS技术和数据通讯技术等集成和融合,在久保田插秧机上开发了基于DGPS和电子罗盘的导航控制系统.论述了导航控制系统的结构和工作原理,提出了一种利用航向跟踪实现路径跟踪的控制方法.仿真和试验结果表明,该控制方法简单有效,导航控制系统可以控制插秧机按预定的路线行走.速度为0.75 m/s,直线路径跟踪时,平均误差0.04 m,最大误差0.13 m;速度为0.33 m/s,圆曲线路径跟踪时,平均误差0.04 m,最大误差0.087 m.