基于激光测距和单目视觉拖拉机导航系统关键技术的研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要随着农业机械的智能化发展，拖拉机自动导航技术已成为当今农业工程研究的热门课题。研制自动定位导航的无人驾驶拖拉机，能有效提高作业效率和投入产出比，降低劳动强度和生产成本，对促进我国农业的现代化发展有着深远的意义。目前国内外针对拖拉机自动导航技术的研究大多局限于使用单一的导航传感器，而各类传感器的使用都存在一定的局限性。多传感器联合导航可使得传感器之间能达到取长补短、相辅相成的效果，从而大大提高了导航系统的可靠性和稳定性。因此，本文以三维激光测距系统和单目视觉摄像头为导航传感器，针对拖拉

2、机导航系统的传感器标定、数据融合、路径规划和硬件平台设计进行了深入的研究，具体工作内容如下：首先，分析了激光测距仪的工作原理和性能特点，并从物体表面特性、目标物体距离和激光入射角三个方面对激光测距仪的测量误差进行了系统地分析研究，得出了误差分布曲线图；在此基础上设计了二维激光测距仪和三维激光测距系统的标定方案，提出了相应的校正算法一线性最小二乘法和单位四元数法，得出了具体的标定结果。其次，简要分析了三维激光测距系统和单目视觉摄像头联合标定的数学模型，并根据分析结果设计了可行的标定方案，引入了LM优化算法进行

3、迭代，得出了联合标定的坐标转换式；依据该坐标转换式，对三维激光测距系统和单目视觉摄像头数据之间的颜色距离融合(底层融合)和环境特征融合(中层融合)进行了深入研究，改进了传统的RANSAC算法，得到了较佳的融合结果。然后，从拖拉机的最优行走方向、最件转弯方式和最短行走路径三个方面对农田作业环境下的路径规划进行了详细地探讨，分析了直线行走路径点坐标和转弯路径点坐标的计算方法，提出了路径规划算法的实现流程，并利用仿真实验验证了算法的可行性。最后，设计了拖拉机导航系统硬件平台的总体结构，提出了以电力为能源的拖拉机运

4、动控制方案，完成了系统四大基础模块f传感器模块、导航决策模块、运动控制模块和无线通信模块)的主要硬件设计。关键词：拖拉机导航；激光测距；单目视觉；数据融合；路径规划；硬件设计江苏大学硕士学位论文Withthedevelopmentofintelligentagriculturalmechanism，tractor'sautomaticnavigationtechniquehasbecomethepoptopicofcurrentagriculturalresearch．Itiseffectivetoimpr

5、oveworkefficiencyandtheratioofinputandoutput，toreducethelabourintensityandcostofproductionbydevelopinganunpilotedtractor,whichcanrealizeautomaticpositioningandnavigation，andmakefar-reachingsignificanceinpromotingthedevelopmentofmodemagricultureofChina．Pres

6、ently,homeandoverseasresearcheswhichaimattractor’SautomaticnavigationtechniquearemostlyconfinedtousingsinglenavigationsenSOLHowever,theconditionoffailingnavigationisoftenappearedineachsensoLItiseasytoavoidthisconditionbyusingmot[sensors，whichCallachievethe

7、purposeoflearningfromothers’strongpointstooffsetone'sweakness．Therefore，3Dlaserscannerandmonocularvisioncameraareusedasnavigationsensorinthispaper,andthemainstudycontentswhichrelatedsensordemarcation，datafusion，pathplanningandhardwaredesignoftractor’Snavig

8、ationsystem，areillustratedinfollowingparts：Firstly,thispaperintroducedworkprincipleofthelaserscanner,andanalyzedthemaincapabilityofthisscannerfromthethreeaspectsofobject’Ssurfacecharacteristic,distanceandlase