[发明专利]一种农业移动机器人自主导航的设计方法

摘要

本发明公开了一种农业移动机器人自主导航的设计方法,所述方法包括以下步骤：第一步，分析各种机器视觉系统的特点；第二步，设计基于折反射原理的全景视觉系统的农作物行环境图像采集和处理算法；第三步，利用Hough变换识别导航参考路径；第四步，设计基于模糊控制方法的农业移动机器人的导航控制器；第五步，在室内无固定光源照射的自然环境下进行模拟农作物行导航控制试验。本发明的农业移动机器人自主导航的设计方法，提出将基于折反射原理的全景视觉系统应用到农业车辆或农业机器人的自主导航中；以折反射全景视觉系统为核心，在现有的硬件平台上，研究设计了针对农作物行环境的导航路径识别算法和导航控制算法。

主权项

1.一种农业移动机器人自主导航的设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：第一步，分析各种机器视觉系统的特点，在此基础上，总结了全景视觉系统相对于传统机器视觉系统的优势，根据各种方式的优缺点，选择基于折反射原理的全景视觉系统作为机器人的导航传感器；针对基于折反射原理的全景视觉系统的成像特点，比较了常用的几种全景视觉系统的标定方法，并通过实验法对平行于摄像机平面的某一实际平面内的场景图像进行距离和角度标定，得出物像点之间的对应关系；第二步，设计基于折反射原理的全景视觉系统的农作物行环境图像采集和处理算法，a.利用Directshow技术进行摄像头图像采集；针对农业机器人作业环境的特点，对采集的图像进行预处理，利用灰度世界假设算法和白平衡算法和对角校正模型对采集的偏色图像进行色彩校正，近似还原物体的本质颜色；b.在此基础上利用归一化的过绿特征值2xg‑r‑b对图像进行灰度化处理，进而利用最大类间方差法得到农作物行环境的二值图像；c.利用中值滤波去除了图像中的脉冲噪声点，得到了较理想的农业机器人周围环境的二值图像；d.针对全景系统成像的特点，利用标定结果，对农作物目标像素进行距离和角度变换，以恢复农作物行的空间直线特征，方便对导航路径线的提取；第三步，利用Hough变换识别导航参考路径，并结合数字罗盘航向角度信息计算出导航控制参数；在图像采集处理的基础上，结合折反射全景视觉系统成像的特点，利用Hough变换得到了导航参考路径线的方向信息，选择最靠近机器人中心点，离成像中心距离最近的一条直线作为机器人导航参考路径线；由于机器人在两行农作物之间行走，结合数字罗盘的初始角度信息，计算导航控制参数；第四步，设计基于模糊控制方法的农业移动机器人的导航控制器，并进行了试验验证；分析机器人导航中常用的导航控制方法，对比研究各种方法的特点；针对农田作业环境的特点，运用模糊控制作为本设计的导航控制方法；详细分析模糊控制器的设计过程，设计基于两轮差速控制的农业移动机器人的二维模糊控制器，输入为导航控制参数，输出为机器人左右轮的转速，并用MATLAB进行设计和进行了实验验证，结果表明，本发明设计的模糊控制器可以准确跟踪导航路径线；第五步，在室内无固定光源照射的自然环境下进行模拟农作物行导航控制试验；对农业移动机器人整体进行了调试，在室内无固定光源照射的自然环境下进行模拟农作物行导航控制试验，结果表明系统能准确识别出农作物导航路径线并能稳定跟踪识别出来的导航路径线。