割草機(jī)器人多傳感器融合與導(dǎo)航技術(shù)的研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市綠化進(jìn)程逐漸加快，草坪業(yè)也得到了迅猛發(fā)展，每年對(duì)城市草坪、足球場(chǎng)、高爾夫球場(chǎng)等公共綠地進(jìn)行修剪和維護(hù)作業(yè)需要消耗掉大量的人力、物力和時(shí)間。使用傳統(tǒng)割草機(jī)對(duì)草坪進(jìn)行修剪時(shí)，產(chǎn)生巨大的噪聲和廢氣不僅污染環(huán)境，而且會(huì)對(duì)從業(yè)人員的身心健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此有必要研制一種自動(dòng)割草機(jī)器人，用于實(shí)現(xiàn)草坪修剪作業(yè)的自動(dòng)化，將人們從高重復(fù)、枯燥、勞累的割草作業(yè)中解放出來(lái)。 本文首先對(duì)國(guó)外市場(chǎng)上現(xiàn)有的自動(dòng)割草機(jī)器人進(jìn)行了介紹和比

2、較，在總結(jié)國(guó)外自動(dòng)割草機(jī)器人現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)之上，根據(jù)智能割草機(jī)器人的特點(diǎn)和發(fā)展方向，著重指出了在自動(dòng)割草機(jī)器人研制過(guò)程中需要解決的多傳感器融合技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)、避障控制技術(shù)以及路徑規(guī)劃等關(guān)鍵技術(shù)。 其次，本文介紹了多傳感器融合技術(shù)及其在移動(dòng)機(jī)器人中的應(yīng)用，并依據(jù)割草機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求、割草機(jī)器人具體的工作環(huán)境以及市場(chǎng)價(jià)格等因素，選取合適的傳感器并搭建傳感器系統(tǒng)。不同于室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人，割草機(jī)器人工作在戶外非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中。在整個(gè)工作

3、區(qū)域內(nèi)，割草機(jī)器人使用傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)自身狀態(tài)并感知周圍環(huán)境，為其實(shí)現(xiàn)定位、地圖建模、導(dǎo)航以及避障等任務(wù)提供來(lái)自外界情況和自身狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息和依據(jù)。由于割草機(jī)器人工作環(huán)境的復(fù)雜性和不確定性，單一種類的傳感器不能完成上述任務(wù)。因此，本文設(shè)計(jì)了一種用于割草機(jī)器人導(dǎo)航避障的多傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了超聲波傳感器、紅外線傳感器、溫度傳感器、碰撞傳感器、編碼器以及電子羅盤(pán)。 然后，本文設(shè)計(jì)了一種多超聲波傳感器構(gòu)成的割草機(jī)器人避障探測(cè)系統(tǒng)，并采

4、用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)多超聲波傳感器信息融合。應(yīng)用多個(gè)信息的互補(bǔ)性和冗余性來(lái)獲得信息源的本質(zhì)特征和準(zhǔn)確狀態(tài)，以減少或消除超聲波傳感器的不確定性，有效地提高了超聲波傳感器的測(cè)量精度，正確地反映障礙物的距離信息，為割草機(jī)器人避障提供了實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的控制決策。 最后，本文提出了一種基于多傳感器融合的割草機(jī)器人地圖建立及定位的方法，確定了采用基于多個(gè)超聲波傳感器信息融合方法的導(dǎo)航策略。仿真結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的多傳感器系統(tǒng)、多傳感器融合方