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。     

基于激光导航设施的收割机自动控制系统研究

针对无人驾驶农机的应用需求,提出了一种应用于无人驾驶农机自主行走的激光扫描路径规划与导航算法。此方法利用激光测距仪获取当前视场内路径、作物及障碍物信息,根据田垄和作物区域的特征检测路径边缘,并生成行驶路径。为了保证导航精度,在控制器上采用了PID反馈调节方式,利用增量式PID控制器对行走方向进行调节,从而使农机可以按照预定的路径行走。以无人驾驶收割机为研究对象,对导航方案进行了测试,结果表明:采用激光导航设置可以成功地规划出行驶路径,使收割机自主的沿着行驶路径行走,实现了无人驾驶收割机的自主导航。     

基于免疫模糊PID算法的农机机器视觉研究

为了提高农机视觉系统的精度及无人驾驶农机的导航效率,将免疫模糊PID算法引入到了收割机视觉控制系统的设计中,通过PID控制器反馈误差后,利用免疫算法和模糊控制算法对导航追踪误差进行修正,从而有效地提高了导航的精度。为了验证该方法的可行性,设计了基于免疫模糊PID算法的农机导航追踪误差修正系统,并分别对不使用PID算法、单独使用PID算法和综合使用免疫模糊PID算法的农机导航误差进行了测试,结果表明:综合使用免疫模糊PID算法的农机导航误差最小,从而验证了方法的可靠性。     

基于图像边缘检测技术的采摘机器人视觉系统设计

采摘机器人作业环境复杂,视觉系统往往不能准确对待采摘的果树或者果实进行准确的定位。为了提高采摘机器人视觉系统的定位精度,引入了图像边缘检测技术,通过提取待采摘果树或者果实的边缘,计算果实的位置坐标,为采摘机器人的自主行走定位和采摘作业提供可靠数据支持。为了验证方案的可行性,以待采摘果树的特征边缘提取为例,对系统的果树边缘提取的可行性及定位准确性进行了实验。实验结果表明:采用基于图像边缘检测技术的采摘机器人视觉系统可以成功地对果树进行定位,并输出果树的位置坐标,将位置坐标和实测位置坐标进行对比发现,其结果基本吻合,具有较高的定位精度。     

基于视觉与惯性的农机组合导航的方法研究

以棚室电动微耕机为试验平台,提出了一种基于视觉与惯性融合的组合导航方法。利用摄像头、陀螺仪和加速度计在微耕机上实现了低成本、高精度的导航定位。通过以导航线为参考系的位姿描述建立农机运动学模型,采用卡尔曼扩展滤波对两种导航模块得到的农机位置、速度和航向角信息进行最优融合估计。微耕机实际行走数据的仿真实验表明:该方法能够为农机自动作业提供实用可靠的导航信息。     

基于信息化时代的农业收割机定位系统设计与试验

为了提高收割机的定位导航效率和精度,实现自主定位,基于信息化时代将云技术和无线通信技术引入到了导航系统的设计上,通过导航视觉系统图像的高速处理、无线传感节点通信、路径规划和追踪,实现了收割机的自主定位和导航。对不同作业块的导航定位精度和路径追踪的精度进行了测试,结果表明:采用自主定位系统可以成功地对作业区域的路径进行规划,并实现高精度的路径追踪,对于提高农机的智能化水平的研究具有重要的意义。     

农机调度管理系统设计 —基于体育馆智慧物业管理系统

农机化信息工作是农机管理工作的重要组成部分,是反映农机化水平的重要手段。为了提高农机调度管理系统的智能化服务水平,将体育馆智慧物业管理系统引入到了农机调度管理系统的设计上,并开发了农机作业的智能化预约系统。系统工作时,通过GPS定位,农户可以通过手机APP端查询附近作业的农机,然后联系农机驾驶员进行预约作业,农机通过GID设备可以实时地将运行轨迹和位置信息发动给农户,以实时了解其作业和位置动态,从而可以节省大量的时间,实现农机的合理调度。为了验证方案的可行性,对农机调度管理系统进行了测试,结果表明:该系统可以成功地预约农机作业,对于现代化农机信息系统技术的提升具有重要的意义。     

农机快速导航系统设计—基于图像边缘检测和3D深度视频帧内编码

在农机多行作业时,其作业效率主要受到导航精度和系统响应速度的制约。为了解决农机多行作业导航精度和时效性的问题,基于边缘检测方法和3D视频编码技术,引入了一种深度帧内编码方法,用于实时导航视频的获取,有效提高了导航的时效性和导航精度。在实时图像的垄位置标定和导航线提取时,基于特征点匹配计算量大、误匹配概率高及实时性不强的确定,提出了导航线检测的Sobel算子,有效提高了导航线获取的精度。最后,利用样机对快速导航系统进行了测试。测试结果表明:基于图像边缘检测和3D深度视频帧内编码的农机导航方法,可以实时准确地标定作物垄的导航线,满足了农机快速导航系统的设计要求。     

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。     

基于光学导航的采摘机器人系统设计及定位方法研究

为了提高采摘机器人的定位导航精度,将光学导航方法引入到了采摘机器人控制系统的设计上,通过激光扫描和机器视觉相结合的方法,提高了采摘机器人的作业质量和作业效率。在进行定位时,首先由激光扫描方法对采摘机器人进行定位,得到全局坐标中的位置,然后利用机器视觉系统得到采摘机器人和待采摘目标果实的距离,对果实精确定位后进行采摘。采摘测试结果表明:采用光学导航系统可以准确完成果实目标的定位,可有效提高采摘机器人的采摘精度和采摘效率。     

基于机器视觉的采摘机器人果实三维模型重构与识别

为了提高采摘机器人果实定位和识别的准确性,在采摘机器人机器视觉系统的设计上引入了果实三维重构方法,利用二维采集图像信息的处理,通过坐标转换关系,实现了三维模型的构建。为了验证三维模型重构对机器视觉果实识别准确性的提高作用,模拟青椒夜间作业的采摘环境,对不采用三维重构和采用三维重构技术两种情况下的果实识别准确率进行了对比,结果表明:采用三维重构技术可以明显提高果实的定位识别准确率,对于采摘机器人机器视觉系统的优化具有重要的意义。     

农机路径三维建模和导航研究——基于嵌入式平台和ArcGIS

为了提高农机的自动导航水平,简化底层软件和硬件系统,提高控制系统的逻辑运算和控制能力,将嵌入式系统引入到导航系统的设计上,并提出了基于ArcGIS和快速扩展随机树(RRT)的路径空间建模和规划算法,实现了农机的自动路径规划和导航。为了验证该方案的可行性,以无人驾驶拖拉机为测试对象,采用ArcGIS软件和RRT算法对路径进行了测试。结果表明:该方案可以快速地规划出拖拉机初始位置到目标位置的路径,且规划的最短路径和实际最短路径基本吻合,从而验证了方案的可行性和可靠性。     

现代农机导航系统设计——基于极限学习机图像智能分类算法

农业采摘机械采用机器视觉技术后,可以自动识别成熟果实,然后通过自主路径规划,达到自主定位导航的目的。为了实现这个过程,农机定位导航系统必须具有高精度快速处理图像的相关算法。为此,将极限学习机算法引入到了农机导航系统中,并结合BP神经网络算法,通过对成熟果实和果树图像坐标的确定,实现农机作业的快速导航。为了验证方案的可行性,对算法的计算效率和精度进行了统计,结果表明:采用极限学习机后,采摘效率有了明显的提升,精确性也有所提高,可以满足现代化农机装备的设计需求。     

基于机器视觉的导航定位技术

对导航定位中的曲线导航问题进行研究,采用单目视觉导航定位的方法采集多幅导航线图像,首先进行了远距离标定,建立实际行走的距离与偏航角度以及目标物偏离中心位置的距离与像素大小的数据库,再用得到的数据库,根据几何的方法计算出导航精度,在本实验中,基本依靠单目视觉技术完成了曲线导航的任务。     

嵌入式收割机车载系统底层硬件的设计——基于智能控制技术

为了提高收割机车载系统的智能化水平,将嵌入式系统和智能PID控制技术引入到了车载控制系统的设计上,并以车载自主导航系统的设计为例,设计了底层硬件系统。为了验证系统的可行性,以收割机自主导航为研究对象,对收割机使用智能控制技术前后的避障轨迹进行了测试。测试结果表明:未采用智能控制技术时,收割机自主行走时容易与障碍物发生碰撞,造成作业事故;而使用智能控制技术后,收割机可以成功地躲避障碍物,这对于收割机无人驾驶技术的研究具有重要的意义。     

农机安全生产信息系统的设计——基于混合遗传资源调度算法

为了提高多农机联合作业时的安全性,将混合遗传调度算法引入到了农机资源调度和安全生产信息系统的设计上。在农机导航自主路径规划时,混合遗传算法可以通过交叉和变异搜索算法,使农机行走时获得避开障碍物的最佳路径,从而可以提高农机的作业效率和作业的安全性。通过农机作业生产的调度安排,对资源调度安全生产系统进行了测试,结果表明:采用混合遗传调度算法可以得到合理的收割机行走路径,且事故发生的概率也有所降低,对于提高农机作业的效率和安全性具有重要的意义。     

基于ARM的农机无人驾驶系统硬件设计

随着农业智能化和自动化的发展,无人驾驶系统将成为农机控制系统研发的主流。本文设计的农机无人驾驶系统,在后期的工作中需要结合硬件模块进一步完成系统配套软件的设计,并对系统进整机调试。利用高新技术改造传统农业,对提高农业产量和质量有重要意义。文章分析了以Freescale i.MX287 ARM微控制器为核心设计农机无人驾驶硬件系统,介绍了系统的硬件结构及功能,对系统状态采集接口、导航定位等模块进行了论述,分析了系统硬件的测试环境,以期为系统软件设计奠定基础。     

基于光学和超声联合定位的精密播种机导航技术研究

为了提高播种机的自主化作业水平,将光学和超声联合定位方法引入到了播种机导航系统的设计上,通过超声波测距和激光扫描的方法,实现了作业区域的定位和播种机行走路径的规划,从而提高了播种机作业的适应能力,提升了自主作业水平。为了验证方案的可行性,对基于光学和超声联合定位的导航系统进行了实验,并建立了一个有田垄的农田作业环境,展开了播种机的导航实验。结果表明:基于光学和超声联合定位方法可以成功地规划播种机的行驶路径,对无人驾驶播种作业设备的研究具有重要的意义。     

温室草莓采摘机器人设计与试验

为实现温室草莓采摘机械化和自动化,设计并制作一种应用于日光温室的草莓采摘机器人。该机器人能实现自主路径规划,行走过程中识别成熟草莓并完成采摘。设计以ROS分布式计算系为主控制网络,以激光雷达进行移动机器人的地图构建与定位,双目深度相机实现对成熟草莓的识别和定位,搭载柔性仿生夹爪6自由度机械臂实现目标草莓抓取和放置。设计机器人软件平台,使用改进A*算法实现自主路径规划和导航避障;利用R-FCN目标检测网络和双目视觉技术实现成熟草莓检测及定位。结果表明：该草莓采摘机器人可实现目标检测及定位,检测到的草莓坐标与机器人手爪坐标的误差在4 mm以下,成熟草莓识别率为95%,满足采摘要求。     

农用四旋翼飞行器避障系统设计 —基于机器视觉和无线定位

在地形复杂的区域,为了提高农林植保的作业效率,提高作业过程的安全性,四旋翼飞行器被应用到了农业生产作业过程中.为了提高四旋翼飞行器的自主导航水平,将机器视觉技术和无线定位技术引入到了飞行器控制系统的设计上,通过两种定位方式的联合,有效提高了飞行器导航精度.采用软件仿真的方式对避障系统进行了测试,测试过程中设置了多种障碍...