基于激光测距仪的静态障碍物扫描与定位

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1、摘要环境感知和自主避障是农业自动化研究领域中的关键技术之一，是现代无人驾驶农业机械完成其它任务的必要基础。激光扫描是环境感知的重要方法，通过激光测距仪对环境进行扫描，再对反馈的数据进行分析，就可以对环境有个大致了解。本文以德国SICK公司生产的LMS200激光测距仪为主要的测距传感器，围绕农业机械自主导航中遇到的圆柱状静态障碍物的定位和识别展开，从理论上进行了深入的研究和探讨。对激光测距仪扫描所得的距离数据用matlab进行整合，可得出测距仪前方障碍物的基本分布情况。然后通过对圆的拟合可还原出障碍物的平面视图。最后便可按照平面图对障碍物进行定位与测

2、量。关键词环境感知激光测距静态障碍物扫描静态障碍物定位34目录1.概论31.1.课题的目的和意义31.2.国内外研究现状31.3.论文的主要研究内容42.基于激光测距仪的静态障碍物识别与定位52.1.激光测距仪的工作原理52.2.圆柱状障碍物的识别方法72.2.1.激光测距仪原始数据的阈值分割72.2.2.圆柱状障碍物的截面积、周长等参数的获取92.3.静态圆柱状障碍物的定位113.实验设计123.1.实验方案123.1.1.实验环境123.1.2.对LMS200激光测距仪的设置133.1.3.实验流程193.2.激光测距仪的数据采集204.实验数

3、据处理和结果分析204.1.基于Matlab的试验数据处理204.2.试验结果分析224.2.1.障碍物周长的对比224.2.2.障碍物定位的对比234.2.3.探测距离对静态障碍物识别和定位的影响245.结论25致谢26参考文献27Abstract28附录1实物图29附录2控制激光测距仪采集数据源代码32341.概论1.1.课题的目的和意义农业自动化，机械化是现代农业发展的必定趋势，而农业自动化研究的一个重要方向是实现农业机械（无人驾驶插秧机等）的自主导航和有效地避开障碍物。要想使无人驾驶的农业机械在行走的过程中避开障碍物，应先对障碍物的大小及位

4、置进行精确的计算，虽然已经有多年的研究工作，即从不同的环境建模，针对不同的应用领域基于各种传感器进行了广泛的研究，但远远没有达到完全实用的程度，仍需提高技术水平，国内外研究者仍在继续探索，无人驾驶农业机械的路径规划中的避障问题仍是一个值得研究的问题。而在已确定的环境中由农业机械依靠其自身携带的传感器提供的信息进行未知障碍物识别是无人驾驶农业机械进行避障的前提。近年来，激光雷达能够以较高的精度和较快的速度提供大量的、准确的距离信息，在无人驾驶农业机械导航中应用日益增多。农业机械的避障有以下几个特点：行进路线已确定，行进环境可预判，障碍物多为圆柱状物体

5、（人体，树木，电线杆等）。本课题结合农业机械避障的特点，旨在研究基于激光测距仪的农业机械对静态障碍物的定位和识别策略。论文选题是基于智能控制来实现农业机械的避碰，也是目前的研究热点，要求农业机械自动运行，避开障碍物，将提高农业机械的自动化水平。1.2.国内外研究现状农田作业机械的自动化、信息化和智能化是现代化农业发展的重要技术基础。作为精准农业的一个重要分支，农业机械智能导航技术正越来越受到关注，其主要优点包括：1）可以使农机驾驶员从单调重复的劳动中解放出来；2）可以提高作业精度，有关研究表明：最好的农机手在进行田间耕作时能达到的精度是10厘米，若

6、在经过一天的劳作后，精度还会大大降低，而基于DGPS的自动导航农机作业精度可达到3厘米，从而避免重复作业；3）可提高农业资源利用率，降低生产成本，提高投入产出比；4）有利于实现农田规模化生产。许多发达国家已经对农田作业机械智能导航控制技术及相关产品展开了研究，并逐步投入农业生产，生产效益取得显著提高。我国在农业机械装备的自动化、信息化和智能化等技术方面的研究尚处于起步阶段，迫切需要加快研究步伐，适应现代农业发展的需要。34发达国家从20十级70年代开始进行农业机械的无人驾驶技术研究。目前在可行性和实用性方面，德国和美国走在前列。美国式世界上研究无人

7、驾驶车辆最早，水平最高的国家之一。早在20世纪80年代，美国就提出自主地面车辆（ALV）计划，这是一辆8轮车，能在校园的环境中自主驾驶，但车速不高。1995年，一辆由美国卡耐基梅隆大学研制的无人驾驶汽车Navalab-V，完成了横穿美国东西部的无人驾驶试验。在全长5000km的美国州际高速公路上，整个实验96%以上的路程都是车辆自主驾驶的，车速达50-60km/h。丰田汽车公司在2000年开发出无人驾驶公共汽车。这套公共汽车自动驾驶系统主要由道路有道、车队行驶、追尾防止和运行管理方面组成。安装在车辆底盘前部的瓷器传感器将根据埋设在道路中间的永久性磁

8、石进行导向，控制车辆行驶方向。无人驾驶是农业智能化未来的发展趋势，对农业机械自主导航将是未来的热门研究方向。目前，农业机械