基于機(jī)器視覺(jué)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人自主作業(yè)研究.pdf

1、20世紀(jì)末隨著人工智能化向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的快速滲透，各國(guó)均開(kāi)始對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行研究。我國(guó)在20世紀(jì)90年代也開(kāi)始了對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究，至今取得了很好的成果。但是由于以下幾方面的原因:農(nóng)業(yè)機(jī)器人的部分關(guān)鍵技術(shù)還需要進(jìn)一步研究與完善;農(nóng)業(yè)機(jī)器人成本及其維修成本較高，導(dǎo)致這項(xiàng)技術(shù)至今都沒(méi)有在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中得到很好的應(yīng)用。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化與人口老齡化的趨勢(shì)逐漸加劇，我國(guó)從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人口在逐漸減少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本提高進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格上漲，因此研發(fā)出

2、一種低成本，適用性強(qiáng)，多功能的自主作業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)器人就顯得尤其重要。本文主要的研究?jī)?nèi)容有:
　　通過(guò)設(shè)計(jì)一套可以用于農(nóng)業(yè)機(jī)器人的多功能自主作業(yè)系統(tǒng)（包括對(duì)作物的噴灑作業(yè)、對(duì)雜草噴灑除草劑作業(yè)、對(duì)雜草進(jìn)行機(jī)械除草作業(yè)），將其搭載在農(nóng)業(yè)機(jī)器人上進(jìn)而設(shè)計(jì)出一種具有多種自主作業(yè)功能的農(nóng)業(yè)機(jī)器人，一方面可以完善農(nóng)業(yè)機(jī)器人的功能，促進(jìn)其發(fā)展與應(yīng)用;另一方面還可以通過(guò)對(duì)雜草和作物的精確定位的噴灑作業(yè)和機(jī)械除草作業(yè)，可以大幅節(jié)約化學(xué)農(nóng)藥的使用以及減少

3、大量使用化學(xué)農(nóng)藥所帶來(lái)的污染問(wèn)題。
　　1.農(nóng)業(yè)機(jī)器人自主作業(yè)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。該自主作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人主要通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航和自主作業(yè)，本文將重點(diǎn)研究自主作業(yè)系統(tǒng)，確定出各部分的設(shè)計(jì)目標(biāo)與布局安排，對(duì)其系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行重點(diǎn)講述。
　　2.作業(yè)工具裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)器人作業(yè)對(duì)象的特點(diǎn)以及作業(yè)方式進(jìn)行作業(yè)裝置的設(shè)計(jì)工作，主要可以分為噴灑模塊和機(jī)械除草模塊。此外還對(duì)作業(yè)工具載體也進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用X-Z平臺(tái)作

4、為作業(yè)工具的載體。
　　3.圖像處理算法研究。主要講述如何利用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)對(duì)雜草與作物進(jìn)行的識(shí)別。利用伸長(zhǎng)度等形態(tài)特征參數(shù)完成對(duì)青菜作物和雜草的分離識(shí)別，并且對(duì)該算法進(jìn)行了詳細(xì)的論述以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最后計(jì)算出作物和雜草的坐標(biāo)位置信息。
　　4.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。將上位機(jī)對(duì)作業(yè)目標(biāo)計(jì)算出的坐標(biāo)信息通過(guò)串口通信傳輸給單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)的相應(yīng)控制程序控制步進(jìn)電機(jī)和農(nóng)業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)我們的作業(yè)工具到達(dá)指定的目標(biāo)位置，然后通過(guò)繼電

5、器和電磁閥的通斷來(lái)控制作業(yè)電機(jī)來(lái)完成相應(yīng)的作業(yè)工作，工作完成后控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)作業(yè)工具按原路返回到中心點(diǎn)位置。
　　5.試驗(yàn)及結(jié)果分析。在停車(chē)模式和不停車(chē)模式且農(nóng)業(yè)機(jī)器人的速度為0.1-0.5m/s的情況下，分別進(jìn)行5組對(duì)作物的噴灑作業(yè)、對(duì)雜草的噴灑除草劑作業(yè)和對(duì)雜草的機(jī)械除草作業(yè)的試驗(yàn)，對(duì)作業(yè)準(zhǔn)確率和作業(yè)時(shí)間做了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)與分析，最后得出對(duì)作物的噴灑作業(yè)、對(duì)雜草的噴灑除草劑作業(yè)和對(duì)雜草的機(jī)械除草作業(yè)這三種作業(yè)中作業(yè)效果最好的作業(yè)