基于视觉图像处理的田间行走与喷洒机器人研制

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1、硕士学位论文基于视觉图像处理的田间行走与喷洒机器人研制ANIMAGE-VISUALIZATIONBASEDFIELDWALKINGANDSPRAYINGROBOTISDESIGNED车延超哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP391.413学校代码：10213国际图书分类号：631.348密级：公开工程硕士学位论文基于视觉图像处理的田间行走与喷洒机器人研制博士研究生：车延超导师：董惠娟教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：哈尔滨汽轮机厂有限责任公司答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP391.413

2、U.D.C:631.348DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringANIMAGE-VISUALIZATIONBASEDFIELDWALKINGANDSPRAYINGROBOTISDESIGNEDCandidate：CHEYanChaoSupervisor：Prof.DONGHuiJuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalManufacturingandAutomationAffiliation：SchoolofMechatro

3、nicsEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要论文主要论述了基于视觉图像处理的田间行走与喷洒机器人的结构及控制原理，其关键技术在机器视觉的应用。该机器人主要实现了田间自主导航行走、智能洒施药剂等功能，主要由COMS摄像头、承载系统，电机驱动系统、四杆机构的转向系统、基于模式识别的定点喷洒系统、中央控制系统等六个部分组成。图像采集系统能够采集田间秧苗视频数据，通过相应的路径生成算法与苗草识别算

4、法生成控制参数，控制系统控制驱动，与转向系统完成田间自主导航行走，与控制定点喷洒系统进行相应的动作，从而实现自动变量喷洒施药功能，这能大大减少环境污染与施药成本。本论文对梯形四杆转向机构、定点喷洒系统、控制系统以及智能图像处理算法进行详细的设计与研究；建立了喷头等的数学模型，计算了喷洒系统参数，解决了能耗与除草效率之间的矛盾；运用ANSYS软件对智能除草机器人的车载框架结构进行有限元分析；通过对模式识别技术的深入研究，攻克了相关算法的技术尖端问题；设计优化四连杆算法，并通过三维软件进行相应的运动仿真，验证了算法的有效性，这为机器人的研制提供了技术保证。本论文提出了田

5、间行走与喷洒机器人的系统设计的方案，为了验证方案的理论正确性，研制出一套基于视觉图像处理的田间行走与喷洒机器人样机，并模拟其正常工作时的外界环境，进行了田间行走与喷洒机器人试运行，验证了算法的鲁棒性，同时通过试验测得了相关参数：最后得出机器人的自主导航误差基本控制在10cm之内、误喷洒率小于3％。通过实验证明了：研制的基于视觉图像处理的田间行走与喷洒机器人能够完成自主导航与变量喷洒功能，这为粮食高产、成本节约与环境保护齐头并进提供了一种创新性解决措施，该方案将拥有广阔的市场前景。关键词：基于视觉；田间行走；自动导航；变量喷洒；路径生成算法I哈尔滨工业大学工程硕士学位

6、论文AbstractWithmachinevisionaskeytechnology,animage-visualizationbasedfieldwalkingandsprayingrobotisdesigned.Themainfunctionoftherobotistomakeautonomous-navigatedwalkingandsmartsprayingofagriculturalagentinthefield.Itismainlycomposedoffiveparts:COMScamera,carriersystem,motordrivingsyste

7、m,four-rodsteeringsystem,fixed-pointsprayingsystemandcentralcontrolsystem.Imageacquisitionsystemcancollectthevisualdataoftheseedlingsinthefield,andgeneratecontrolparameterswithrelatedpathgenerationalgorismandseedlingidentificationalgorism,thenthecontrolsystemwillcontrolthedrivingands