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高效除草机器人控制系统设计

作　者: 王艳
导　师: 陈勇
学　校: 南京林业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 导航控制 Hough变换 摄像头标定 行内杂草识别 除草控制
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 2次
引　用: 0次
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内容摘要


杂草与作物争夺水分、养分及阳光，降低了作物产量。常用的化学除草方法大面积喷洒农药，不仅造成浪费，而且影响生态环境。近年来，人们对除草机器人开展了广泛的研究。本文提出了一种能够对行内、行间同时进行除草的高效除草机器人控制系统方案，开展了除草机器人导航控制系统、杂草识别及除草控制系统的研究。本文首先利用摄像头采集了作物苗期的田间图像，然后分析了作物RGB颜色模型下的特征，利用超绿色特征对图像进行灰度化处理，采用最大类间方差法对图像进行二值化处理，采用中值滤波和面积滤波的方法对图像进行后期滤波去噪处理，完成了绿色植物与土壤背景的分割。再根据作物行的特点，基于Hough变换研究了导航算法，完成了导航路径的识别。在此过程中，对摄像头进行了标定，获得了摄像头的内外部参数，为进一步输出准确的导航信息奠定了基础。其次，研究了除草机器人的行驶运动控制系统，结合导航算法基于VC++平台、采用多线程的方法开发了导航系统控制软件。通过在博创VoyagerII机器人和课题组研制的除草机器人两个控制平台上的室内试验，验证了导航算法的准确性、稳定性和实时性。除草机器人能够正确识别出导航路径，实现自主行走。然后，提出了基于对射式红外传感器的行内杂草识别方法，基于MCS-51单片机结合PC机及光电编码器设计了杂草识别电路。以MCS-51单片机为主控制器，完成了行内、行间除草控制系统软硬件的设计并制作了实验电路板和调试软件，包括：行内除草控制电路，实现行内除草控制；行间除草控制电路，对行间除草末端执行器的直流电机进行PWM调速，实现行间除草控制。

全文目录


致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 研究意义  8
  1.2 国内外研究现状  8-11
    1.2.1 国外研究现状  8-10
    1.2.2 国内研究现状  10-11
  1.3 除草机器人相关技术  11-14
    1.3.1 机器视觉  11
    1.3.2 基于机器视觉的导航控制技术  11-12
    1.3.3 基于机器视觉的杂草识别技术  12-14
  1.4 课题来源及研究内容  14
  1.5 本章小结  14-15
第二章 除草机器人控制系统  15-21
  2.1 除草机器人研究  15-17
    2.1.1 机器人总体结构  15-16
    2.1.2 行内除草与行间除草末端执行器  16-17
  2.2 除草机器人控制系统构成  17-18
    2.2.1 导航控制系统  17
    2.2.2 杂草识别及除草控制系统  17-18
    2.2.3 软件系统  18
  2.3 编程软件  18-20
  2.4 本章小结  20-21
第三章 基于机器视觉的导航算法设计  21-35
  3.1 引言  21
  3.2 作物与土壤背景分割  21-27
    3.2.1 提取 RGB 颜色色彩空间  22-23
    3.2.2 图像灰度化  23-24
    3.2.3 阈值分割  24-25
    3.2.4 滤波去噪处理  25-27
  3.3 Hough 变换提取导航线  27-29
  3.4 机器人位姿输出  29-34
    3.4.1 摄像头标定  29-32
    3.4.2 位姿输出  32-34
  3.5 本章小结  34-35
第四章 机器人行驶运动控制  35-45
  4.1 引言  35
  4.2 行驶运动控制系统设计  35-40
    4.2.1 电机的选择  35-36
    4.2.2 电机驱动器的选择  36-37
    4.2.3 电机驱动器控制  37-39
    4.2.4 行驶运动控制软件设计  39-40
  4.3 基于 VC++的导航运动控制系统平台设计  40-42
    4.3.1 多线程编程  40-41
    4.3.2 软件系统平台设计  41-42
  4.4 机器人控制实验  42-44
  4.5 本章小结  44-45
第五章 杂草识别与除草控制  45-59
  5.1 基于对射式红外传感器的杂草识别  45-48
    5.1.1 引言  45
    5.1.2 硬件设计  45-47
    5.1.3 软件设计  47-48
  5.2 行间除草控制  48-53
    5.2.1 行间除草控制方法  48-50
    5.2.2 硬件设计  50-51
    5.2.3 软件设计  51-53
  5.3 行内除草控制  53-56
    5.3.1 行内除草控制方法  53
    5.3.2 硬件设计  53-55
    5.3.3 软件设计  55-56
  5.4 其它电路设计  56-57
  5.5 实验与调试  57-58
  5.6 本章小结  58-59
第六章 总结与展望  59-60
  6.1 总结  59
  6.2 特色与创新  59
  6.3 展望  59-60
参考文献  60-62

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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