[發明專利]一種農業移動機器人自主導航的設計方法

在審

• 申請號: 201611155493.1
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN108227689A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 馬廷彥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱派騰農業科技有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種農業移動機器人自主導航的設計方法,所述方法包括以下步驟：第一步，分析各種機器視覺系統的特點；第二步，設計基于折反射原理的全景視覺系統的農作物行環境圖像采集和處理算法；第三步，利用Hough變換識別導航參考路徑；第四步，設計基于模糊控制方法的農業移動機器人的導航控制器；第五步，在室內無固定光源照射的自然環境下進行模擬農作物行導航控制試驗。本發明的農業移動機器人自主導航的設計方法，提出將基于折反射原理的全景視覺系統應用到農業車輛或農業機器人的自主導航中；以折反射全景視覺系統為核心，在現有的硬件平臺上，研究設計了針對農作物行環境的導航路徑識別算法和導航控制算法。

技術領域

本發明涉及一種農業移動機器人自主導航的設計方法，屬于農業自動化技術領域。

背景技術

隨著農業機械的廣泛普及，農業生產規模的擴大，科學技術的不斷發展，農業生產正逐步向現代化農業方向發展；農業作業環境的惡劣、作業任務的繁重、農藥化肥的不合理的利用造成對環境的污染以及有毒物體對人體造成的傷害已成為制約農業發展的主要障礙，越來越多的人希望從繁重的農業生產中解脫出來，造成勞動力的短缺，這種種現象正促使著農業生產發生著變革.精細農業，農業生產自動化、無人化應運而生，而要實現農業生產自動化就需要能代替人類完成部分或全部農業作業任務的智能農業機械或農業機器人；而我國的農業人口眾多，人均占有土地資源較少，長期以來一直保持著小塊土地種植模式，造成了大量資源的浪費或不合理的利用，嚴重制約了我國農業高科技的發展，特別是農業機器人的發展；隨著我國經濟的發展，農村勞動力大量轉移，以及國家政策的導向作用將使得我國廣泛開展農業生產自動化的研究成為可能。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出了一種農業移動機器人自主導航的設計方法，總結關于農業車輛自主導航的方式，提出將基于折反射原理的全景視覺系統應用到農業車輛或農業機器人的自主導航中；以折反射全景視覺系統為核心，在現有的硬件平臺上，研究設計了針對農作物行環境的導航路徑識別算法和導航控制算法。

本發明的農業移動機器人自主導航的設計方法，所述方法包括以下步驟：

第一步，分析各種機器視覺系統的特點，在此基礎上，總結了全景視覺系統相對于傳統機器視覺系統的優勢，根據各種方式的優缺點，選擇基于折反射原理的全景視覺系統作為機器人的導航傳感器，該系統成本低、成像速度快，非常適合對實時性要求較高的場合；基于折反射原理的全景視覺系統利用一定面形的凸面反射鏡將機器人周圍環境的信息反射進攝像機進行成像，得到水平360°和一定角度垂直視野范圍內的環境圖像；由于凸面反射鏡對場景環境信息存在壓縮而使物體在攝像機成像平面中存在著徑向變形，使得實際場景中一些規則的物體發生成像形變；針對基于折反射原理的全景視覺系統的成像特點，比較了常用的幾種全景視覺系統的標定方法，并通過實驗法對平行于攝像機平面的某一實際平面內的場景圖像進行距離和角度標定，得出物像點之間的對應關系；這種方法無需知道攝像機的內外部參數和反射鏡面的參數方程，對系統的安裝要求較低，且標定方便；

第二步，設計基于折反射原理的全景視覺系統的農作物行環境圖像采集和處理算法，

a.利用Directshow技術進行攝像頭圖像采集；針對農業機器人作業環境的特點，對采集的圖像進行預處理，利用灰度世界假設算法和白平衡算法和對角校正模型對采集的偏色圖像進行色彩校正，近似還原物體的本質顏色；

b.在此基礎上利用歸一化的過綠特征值2xg-r-b對圖像進行灰度化處理，進而利用最大類間方差法得到農作物行環境的二值圖像；

c.利用中值濾波去除了圖像中的脈沖噪聲點，得到了較理想的農業機器人周圍環境的二值圖像；

d.針對全景系統成像的特點，利用標定結果，對農作物目標像素進行距離和角度變換，以恢復農作物行的空間直線特征，方便對導航路徑線的提取；