基于二维激光雷达避障的果园视觉引导系统研究

摘要

我国是农业大国，其中水果种植生产在产量和种植面积均居于世界前列。随着我国果园种植发展和种植面积逐年扩大，规范的果园种植生产渐成规模。对于我国水果种植其种植面积之广，分布地域之大以及目前我国农村劳动力外流严重的情况下，已经凸显我国果园农用初段自动化运输的迫切需求。在国外农业智能机械跟国内相比，国外农业机械发展具有工业技术基础和发展更迅速，随着规范化的新农业生产模式和新技术的推出，而且国外的人口密度稀疏，农业自动化机械成为国外农业生产的主力。结合我国人口老龄化的趋势，新型的自动化农业机械也将会是未来我国农业生产的主要动力。因此我国农业运输自动化运输受到越来越多的关注，而实现农业运输自动化这个课题也成为了农业机械装备应用自动化控制技术的一个重要研究方向。因此本文主要分视觉引导、避障和路谱振动分析三大部分开展研究。　　开篇主要以 ROS开发平台为基础，提出有效的果园路径寻迹及控制方法。研究果园场地轨迹在不同的色彩空间分量下的特征提取对比，选取有效明显的特征分量作为 ROS平台实时寻迹采用的色彩空间分量，初步解决果园路径特征识别任务。在具体的研究当中，本文还对采集轨迹情况进行优化和提出基本的控制方法进行可行性研究。　　在避障部分，本文采用二维激光雷达对外部环境障碍物距离进行采集，通过Rodriguez A快速聚类算法找出障碍物聚类中心。再通过凸包算法和旋转卡壳算法得到障碍物扫描点凸包最大直径，然后将聚类中心和凸包直径结合建立障碍物危险区域。最后根据障碍物区域研究避障路径规划和航向控制方法。最后通过ROS平台测试验证算法可行性。　　在果园路谱中，由于其路况的复杂性，且 ROS平台上的传感器加装实车必将经受外部振动的考验。因此本文最后根据运输车不同载重的情况下，对果园不同的路谱振动信号进行采集和分析。

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