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多传感器融合的割草机器人障碍物检测方法 被引量：3
1
作者 李忠利 马理想 +1 位作者 韩冲 王帅 《江苏大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第2期160-166,共7页
为了提高割草机器人自主作业时的环境感知能力,提出一种基于相机和低成本固态激光雷达融合的障碍物检测方法.首先,基于改进的DBSCAN聚类算法,得到一种可自适应确定聚类参数的KANN-DBSCAN算法,利用该算法对固态激光雷达采集到的三维点云... 为了提高割草机器人自主作业时的环境感知能力,提出一种基于相机和低成本固态激光雷达融合的障碍物检测方法.首先,基于改进的DBSCAN聚类算法,得到一种可自适应确定聚类参数的KANN-DBSCAN算法,利用该算法对固态激光雷达采集到的三维点云聚类分析,得到障碍物点云并通过相机和固态激光雷达联合标定结果投影到二维图像上;其次,基于SSD目标检测网络完成障碍物样本训练,并对图像信息进行检测识别;最后,为了避免因光线不足或远距离雷达点云稀疏聚类困难,导致视觉或雷达检测性能受限,提出一种优势互补的目标级信息融合策略.试验结果表明:所提信息融合策略在融合两传感器检测结果的基础上,有效避免了环境条件改变单一传感器检测性能受限时,环境感知出现的漏检和误检,经过信息融合后的障碍物综合检出率约为87.5%,相较于单一传感器具有很大的提高,使环境感知信息更加全面可靠. 展开更多
关键词 割草机器人 固态激光雷达 KANN-DBSCAN聚类算法 SSD目标检测 目标级融合
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计算机图像智能识别下的割草机器人设计研究 被引量：1
2
作者 袁社锋 《农机化研究》 北大核心 2024年第11期136-139,共4页
为了提升割草机器人的工作效率、安全及自主性,基于堆叠降噪自动编码机设计了智能图像识别算法,用于实现割草机器人进行作业时自动化识别环境,以进一步提高工作效率。将割草机器人视觉传感器所采集的草地图像作为输入信号,通过叠加多层... 为了提升割草机器人的工作效率、安全及自主性,基于堆叠降噪自动编码机设计了智能图像识别算法,用于实现割草机器人进行作业时自动化识别环境,以进一步提高工作效率。将割草机器人视觉传感器所采集的草地图像作为输入信号,通过叠加多层自动降噪编码机组成深度神经网络,可以深入挖掘草地图像所携带的信息,识别并提取图像特征。通过训练所建立网络,获得稳定输出,提高了割草机器人识别目标准确率。试验结果表明:本算法可进一步提高割草机器人识别准确率,从而提高工作效率。 展开更多
关键词 图像识别 机器学习 特征提取 降噪自动编码机 割草机器人
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割草机器人自适应时域MPC路径跟踪控制方法 被引量：2
3
作者 贺庆 冀杰 +2 位作者 冯伟 赵立军 张博涵 《智慧农业（中英文）》 CSCD 2024年第3期82-93,共12页
[目的/意义]传统路径跟踪模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)大多采用固定时域,较少考虑道路弯曲和曲率变化的影响,使得机器人在曲线路径作业过程中的跟踪效果和适应性都较差。因此,设计了一种自适应时域MPC控制器并使其满足... [目的/意义]传统路径跟踪模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)大多采用固定时域,较少考虑道路弯曲和曲率变化的影响,使得机器人在曲线路径作业过程中的跟踪效果和适应性都较差。因此,设计了一种自适应时域MPC控制器并使其满足自主割草等复杂作业要求。[方法]首先,根据割草机器人的速度确定前方参考路径的预瞄区域,并计算预瞄区域内的参考路径曲度因子和曲度变化因子,分别用于描述曲率和曲率变化大小。然后,将二者作为模糊控制器的输入信息,用于自适应调节MPC的预测时域,同时,根据预测时域及曲度变化因子调整控制时域,以增强控制器对路径弯曲变化的适应性并降低计算资源。此外,设计一种MPC事件触发执行机制,进一步提升MPC的实时性。[结果和讨论]与固定时域的MPC进行对比试验,自适应时域MPC控制器的最大横向误差绝对值和最大航向误差绝对值分别控制在11 cm和0.13 rad以内,其平均求解时间比最大时域MPC减少10.9 ms。[结论]自适应时域MPC不仅能够保证割草机器人对曲线路径的跟踪精度,同时降低了MPC求解计算量并提高了控制实时性,解决了固定时域MPC的控制精度与计算量之间的矛盾。 展开更多
关键词 割草机器人 模型预测控制 路径跟踪 模糊控制 事件触发执行机制
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农业割草机器人全区域覆盖路径规划研究--基于计算机视觉技术 被引量：3
4
作者 吴蓓 李霞 李进 《农机化研究》 北大核心 2024年第6期68-72,共5页
首先,采用运动控制、能源、传感器、核心处理器和割草等5个模块设计了农业割草机器人试验平台;然后,利用纹理特征对障碍物图像分割算法进行分析研究;最后,基于CCD*实现了割草机器人的全区域覆盖作业。实验结果表明:使用研究的CCD*算法... 首先,采用运动控制、能源、传感器、核心处理器和割草等5个模块设计了农业割草机器人试验平台;然后,利用纹理特征对障碍物图像分割算法进行分析研究;最后,基于CCD*实现了割草机器人的全区域覆盖作业。实验结果表明:使用研究的CCD*算法大大提高了割草机器人全区域覆盖作业的能力和作业效率。 展开更多
关键词 割草机器人 路径规划 CCD* 纹理特征 计算机视觉
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基于模块化的小体量割草机器人设计
5
作者 柯宇 王欣怡 王旭 《现代制造技术与装备》 2024年第2期46-50,共5页
为实现割草工作的高效化、应用场景的广泛化,将模块化设计引入割草机器人,并针对当前割草机机型大、易污染等不足进行小体量优化设计。通过分析机器人的工作场景,确定基本的设计结构和控制模块,进而实现割草机器人的总体设计。测试割草... 为实现割草工作的高效化、应用场景的广泛化,将模块化设计引入割草机器人,并针对当前割草机机型大、易污染等不足进行小体量优化设计。通过分析机器人的工作场景,确定基本的设计结构和控制模块,进而实现割草机器人的总体设计。测试割草机器人的系统性能,测试结果与预期相差较小,证明割草机器人能够正常完成割草工作,且能够根据要求灵活更换刀盘,升降结构能够灵活运作,提高了割草工作的效率。文章研究为割草机器人的设计提供了可行的思路,具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 割草机器人 模块化 小体量 性能测试
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一种智能割草机器人系统设计
6
作者 管程 赵志科 +3 位作者 李松营 常浩 刘森 黄昆 《科技风》 2024年第4期4-6,共3页
该系统以微控制器为核心,采用OpenMV与超声波传感器相结合的方式实现导航与避障功能,通过陀螺仪实时检测地况平整度来调整刀具倾角,通过搭载的UWB模块与LORA模块实现路径规划与远程监控,并设计了整体机械结构及伸缩式刀具结构,为智能割... 该系统以微控制器为核心,采用OpenMV与超声波传感器相结合的方式实现导航与避障功能,通过陀螺仪实时检测地况平整度来调整刀具倾角,通过搭载的UWB模块与LORA模块实现路径规划与远程监控,并设计了整体机械结构及伸缩式刀具结构,为智能割草机器人提供了完整设计方案。 展开更多
关键词 割草机器人 路径规划 远程监控
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割草机器人避障控制 被引量：15
7
作者 邱白晶 钱国宏 +1 位作者 周宁 崔军 《江苏大学学报（自然科学版）》 EI CAS 北大核心 2005年第4期285-288,共4页
针对以往割草机器人避障行为控制方法中存在避障路径不易跟踪以及对各类障碍物适应性较差等缺点,提出了基于测距传感器及模糊控制技术的割草机器人避障控制方法,并规划出易于路径跟踪的走折线运行方式.给出了传感器的布置,以超声波传感... 针对以往割草机器人避障行为控制方法中存在避障路径不易跟踪以及对各类障碍物适应性较差等缺点,提出了基于测距传感器及模糊控制技术的割草机器人避障控制方法,并规划出易于路径跟踪的走折线运行方式.给出了传感器的布置,以超声波传感器测得的机器人左前方障碍物距离和右前方障碍物距离之差以及正前方障碍物距离作为模糊控制器的输入,而以小车方向角作为控制器输出,四周布置的红外传感器用于提高割草机器人在避障过程中的安全性.避障试验结果表明:该控制方法可行并具有灵活性和鲁棒性等优点,可通过改变控制器输入输出论域及折线段长度来设置避障过程中机器人与障碍物间的距离;所布置的传感器能够适应避障的需求. 展开更多
关键词 割草机器人 避障 测距 模糊控制
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智能割草机器人的研究综述 被引量：25
8
作者 丛明 金立刚 房波 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期407-416,共10页
分析了国内外智能割草机器人的研究现状.讨论了智能割草机器人在机械结构、传感系统和路径规划算法等方面的现有研究方法.指出了智能割草机器人研究中存在的问题.最后,展望了智能割草机器人的发展方向.
关键词 智能割草机器人 机械结构 感应系统 控制系统 路径规划算法
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割草机器人GPS/DR组合导航系统的研究 被引量：7
9
作者 丁毅 邱白晶 +2 位作者 周宁 崔军 钱国宏 《农机化研究》 北大核心 2006年第4期68-71,共4页
以割草机器人为主要研究对象,运用卡尔曼滤波将GPS接收机和数字罗盘构成GPS/DR组合导航系统,克服了以前割草机器人导航方式的缺点,显著改善了导航定位精度。为此,论述了GPS/DR组合导航系统的原理,介绍了试验情况并进行了数据分析,最后... 以割草机器人为主要研究对象,运用卡尔曼滤波将GPS接收机和数字罗盘构成GPS/DR组合导航系统,克服了以前割草机器人导航方式的缺点,显著改善了导航定位精度。为此,论述了GPS/DR组合导航系统的原理,介绍了试验情况并进行了数据分析,最后总结了其应用前景。 展开更多
关键词 农业工程 割草机器人 理论研究 GPS/DR 导航
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果园割草机器人甩刀设计与分析 被引量：4
10
作者 鲍秀兰 严煜 +2 位作者 毛金城 田富洋 孟亮 《华中农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期136-143,共8页
果园割草机器人的除草性能与草的物理特性以及甩刀的设计参数紧密相关,结合柑橘果园杂草种类情况及其物理特性,基于Y型甩刀式割草机构设计一种果园割草机器人。运用D-H法建立甩刀切割单个茎秆的运动学模型,模型分析表明,在不出现缠草的... 果园割草机器人的除草性能与草的物理特性以及甩刀的设计参数紧密相关,结合柑橘果园杂草种类情况及其物理特性,基于Y型甩刀式割草机构设计一种果园割草机器人。运用D-H法建立甩刀切割单个茎秆的运动学模型,模型分析表明,在不出现缠草的条件下,甩刀轴转速1500 r/min时在最优切割位内对单根杂草茎秆的碰撞力为74.25 N。刀片的切割轨迹分析表明,设计的Y型甩刀刀片切向速度与前进速度的比值λ>1时,割草机器人能有效地进行割草作业。割草机器人实地割草试验结果表明,刀片座间距43 mm、刀轴转速1500 r/min、前进速度1.0 m/s时,重割率最小。 展开更多
关键词 果园机械 割草机器人 Y型甩刀 杂草刈割 重割率 机械留茬式除草 防缠草
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面向大型机场草坪的割草机器人路径规划及轨迹跟踪控制研究 被引量：11
11
作者 周结华 代冀阳 +1 位作者 周继强 张孝勇 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2019年第2期146-152,共7页
为了提高割草机器人的工作效率及环境适应能力,基于移动机器人平台设计了一种既受遥控操作又能自主运行的适用于大型机场草坪作业的割草机器人。首先,运用高精度差分GPS(global positioning system,全球定位系统)采集机场草坪边界和障... 为了提高割草机器人的工作效率及环境适应能力,基于移动机器人平台设计了一种既受遥控操作又能自主运行的适用于大型机场草坪作业的割草机器人。首先,运用高精度差分GPS(global positioning system,全球定位系统)采集机场草坪边界和障碍物的位置信息,根据采集的信息将机场草坪分为最少数目的凸多边形工作区域;考虑到割草机器人无法原地无半径转弯,在传统迂回式路径规划算法的基础上提出一种往返直线型路径规划算法,并在凸多边形路径规划区内推导出遍历路径的显示方程表达式。其次,运用高精度差分GPS测得割草机器人实际轨迹并与规划轨迹对比,设计了一种区间判断型轨迹纠偏算法;以执行电机的PID(proportion integration differentiation,比例积分微分)控制和区间判断型轨迹纠偏算法构造割草机器人双闭环轨迹跟踪控制器,对按传统迂回式路径和往返直线型路径行进的割草机器人进行轨迹跟踪仿真分析。最后,以自制的割草机器人为例,按往返直线型路径运行方式进行样机实验。仿真结果发现:当割草机器人跟踪当前路径到达终点后会自动调头跟踪下一条路径,验证了轨迹跟踪算法的稳定性;传统迂回式路径运行方式下割草机器人的漏割率较高,达到46.42%,而往返直线型路径运行方式下其漏割率为7.15%,明显优于传统迂回式路径仿真结果。样机实验测得的漏割率为8.89%,与仿真实验结果一致,表明所设计的轨迹跟踪算法对大型机场草坪作业割草机器人是适用的。研究结果可为大型机场草坪割草机器人的开发提供理论指导。 展开更多
关键词 割草机器人 路径规划 差分GPS 纠偏算法 轨迹跟踪
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割草机器人避障行为的研究——基于传感器测距及模糊控制技术 被引量：5
12
作者 周宁 邱白晶 +1 位作者 丁毅 崔军 《农机化研究》 北大核心 2006年第3期169-171,174,共4页
针对以往割草机器人避障行为控制过程中存在的问题,并依据割草机器人的智能化工作要求及障碍物的特点,提出了基于测距传感器系统及模糊控制技术的割草机器人避障行为控制方法。试验结果表明,该方法可行且具有灵活性和鲁棒性。
关键词 自动控制技术 割草机器人 理论研究 模糊控制 测距 避障
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智能轨迹控制割草机器人设计——基于FPGA神经网络 被引量：15
13
作者 袁路路 张娓娓 《农机化研究》 北大核心 2017年第4期212-216,共5页
为了提高割草机器人自主导航和定位的精确性和智能性,设计了一种新型的基于FPGA神经网络算法的割草机器人。该设计采用FPGA可重构技术,以3层误差反向传播神经网络作为典型的模型来展开;利用成熟的BP算法公式,设计了割草机器人智能控制... 为了提高割草机器人自主导航和定位的精确性和智能性,设计了一种新型的基于FPGA神经网络算法的割草机器人。该设计采用FPGA可重构技术,以3层误差反向传播神经网络作为典型的模型来展开;利用成熟的BP算法公式,设计了割草机器人智能控制的模型;利用FPGA技术,设计了割草机器人的硬件系统;最后采用文本输入的设计方法,利用田间试验的方式,对机器人的轨迹规划能力和控制精度进行了验证。试验结果表明:利用FPGA和神经网络模型可以有效地穿越5个障碍物,并可得到满意的轨迹规划结果。将普通的PID控制器和神经网络PID控制器得到的控制结果误差进行了对比,结果表明:神经网络PID控制器得到的割草机器人控制误差明显比传统的PID控制器误差小。该方法为神经网络的硬件实现提供了可靠的理论基础。 展开更多
关键词 割草机器人 神经网络 轨迹规划 FPGA重构 PID控制器
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割草机器人的导航系统控制仿真研究 被引量：4
14
作者 刘泉生 陆珊 卢志翔 《农机化研究》 北大核心 2020年第7期125-130,共6页
为进一步优化割草机器人的导航系统控制的精度与效率,以智能化的导航融合技术及核心控制算法为导向,对其导航系统展开深入仿真研究。以割草机器人的构件组成和运动原理为平台,结合当前符合实际的运动学理论与PID实时调控机理,建立了割... 为进一步优化割草机器人的导航系统控制的精度与效率,以智能化的导航融合技术及核心控制算法为导向,对其导航系统展开深入仿真研究。以割草机器人的构件组成和运动原理为平台,结合当前符合实际的运动学理论与PID实时调控机理,建立了割草机器人的导航控制理论模型,同时对导航系统的硬件接口及核心配置进行合理选型,对系统的图像信息识别与处理进行软件程序关键步骤调整与智能导航算法融入,并展开导航系统的控制仿真试验。试验结果表明:在一定的基准站参考坐标下进行导航数据的获取与实时输出,得到割草机器人行驶路程与平均跟踪误差间的关系曲线,误差可控制在±0.15m范围内;导航仿真过程可实现最大横向控制误差为0.133 8m的良好效果,价值平均运行稳定率保持在90.54%以上,整体运行稳定可靠。该研究对于农用其他装备的导航控制板块改善具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 割草机器人 导航系统 控制算法 硬件接口 横向控制误差
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休闲园林割草机器人设计及性能测试 被引量：10
15
作者 陈峰 赵萍 《农机化研究》 北大核心 2018年第10期82-85,90,共5页
目前,国内外应用于草坪绿化的割草机器人技术不断向智能化、高效化方向发展。为此,从对休闲园林割草机器人的产品设计开发及优化角度出发,通过确定割草机器人的整体结构布局和关键控制装置(包括软件及硬件组成)等,对识别、传递、通讯、... 目前,国内外应用于草坪绿化的割草机器人技术不断向智能化、高效化方向发展。为此,从对休闲园林割草机器人的产品设计开发及优化角度出发,通过确定割草机器人的整体结构布局和关键控制装置(包括软件及硬件组成)等,对识别、传递、通讯、执行、反馈等环节提出相适应的设计功能要求和性能参数方案。同时,结合电子计算机多项智能控制算法、驱动程序及割草机器人功能部件选型,实现休闲园林割草机器人的整机设计,并通过性能试验进行验证。结果表明:测试结果与期望性能吻合较好,具有一定的可实施性和推广性,对休闲园林割草机器人的进一步发展和性能优化控制具有参考价值,可为相关学者进行割草机器人设计和改进提供一定的借鉴。 展开更多
关键词 割草机器人 休闲园林 结构布局 优化控制
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割草机器人路径规划的研究—基于机器视觉和人工势场算法 被引量：10
16
作者 訾涛 《农机化研究》 北大核心 2021年第7期202-206,共5页
首先建立了割草机器人环境模型和传感器系统,然后利用OTSU算法和Faster R-cnn对图像进行分割和障碍物识别,最后根据割草机器人和周边环境搭建了一个人工势场,实现了对割草机器人路径规划。试验结果表明:割草机器人能够自行躲避障碍物目... 首先建立了割草机器人环境模型和传感器系统,然后利用OTSU算法和Faster R-cnn对图像进行分割和障碍物识别,最后根据割草机器人和周边环境搭建了一个人工势场,实现了对割草机器人路径规划。试验结果表明:割草机器人能够自行躲避障碍物目标,对预设路径进行局部重新规划,证明了该系统的可靠性和可行性。 展开更多
关键词 割草机器人 OTSU Faster R-cnn 图像 人工势场 避障
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基于改进YOLOv5的割草机器人工作环境障碍物检测方法研究 被引量：10
17
作者 王新彦 易政洋 《中国农机化学报》 北大核心 2023年第3期171-176,共6页
为实现割草机器人在计算资源有限的情况下快速、准确地定位并识别工作环境中的障碍物,提出一种基于滤波器剪枝的改进YOLOv5s深度学习模型的割草机器人工作环境下障碍物的检测方法。首先,将YOLOv5模型中的Bottleneck残差块改为分层残差结... 为实现割草机器人在计算资源有限的情况下快速、准确地定位并识别工作环境中的障碍物,提出一种基于滤波器剪枝的改进YOLOv5s深度学习模型的割草机器人工作环境下障碍物的检测方法。首先,将YOLOv5模型中的Bottleneck残差块改为分层残差结构,以更细粒度地表示多尺度特征,同时增加网络感受野;另外,在残差块尾部加入SE模块,用来对特征图重新标定;其次,对改进后的算法进行滤波器剪枝;最后,针对割草机器人工作环境中的常见障碍物建立相关数据集,并使用剪枝后改进YOLOv5s作为深度学习模型进行检测。试验结果表明:改进后的YOLOv5模型大小减少18.8%,mAP增加0.1%。对改进YOLOv5模型进行剪枝后,比原YOLOv5模型计算量降低36.6%,模型大小降低33.3%,推理速度减少1.9 ms。剪枝后本文模型的mAP值分别比YOLOv4,YOLOv4-tiny,YOLOv3,YOLOv3-tiny高1.3%,9.5%,5.8%,22.1%。 展开更多
关键词 深度学习 割草机器人 目标检测 模型剪枝
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基于改进A^(*)算法和DFS算法的割草机器人遍历路径规划 被引量：6
18
作者 王新彦 盛冠杰 +1 位作者 张凯 易政洋 《中国农机化学报》 北大核心 2023年第2期142-147,共6页
针对割草机器人大面积作业时遍历路径规划覆盖率低、重复率高、普适性弱的问题,提出一种改进A^(*)算法与DFS算法相结合的遍历路径规划算法。首先,根据已知环境全局信息,通过牛耕式分解法将目标区域划分成多个不含障碍物的子区域;然后,... 针对割草机器人大面积作业时遍历路径规划覆盖率低、重复率高、普适性弱的问题,提出一种改进A^(*)算法与DFS算法相结合的遍历路径规划算法。首先,根据已知环境全局信息,通过牛耕式分解法将目标区域划分成多个不含障碍物的子区域;然后,根据子区域的邻接关系构建无向图,使用DFS算法规划子区域的遍历顺序;最后,采用改进A^(*)算法进行跨区域路径转移并且往复式遍历各子区域的内部。仿真试验结果表明:该遍历算法的覆盖率达到100%,遍历重复率为0,改进A^(*)算法所规划的跨区域转移路径长度和转向次数比A^(*)算法分别减少3.26%和62.5%。所提出的遍历算法具有覆盖率高、重复率低、普适性强的特点,改进A^(*)算法通过路径平滑性优化和添加防碰撞安全间距对A^(*)算法进行改进,使之规划的路径更平滑、更安全,路径长度更短。该研究结果旨在为割草机器人遍历路径规划提供理论参考。 展开更多
关键词 割草机器人 遍历路径规划 路径转移 改进A^(*)算法 DFS算法
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基于计算机视觉的割草机器人作业控制研究 被引量：6
19
作者 徐晨 《农机化研究》 北大核心 2022年第12期235-238,共4页
以割草机器人作业过程为研究对象,分析了机器人作业的环境特点,建立特定的环境参数模型,并运用计算机视觉算法进行作业环境的自动化识别。试验结果表明:割草机器人视觉系统所包含的目标识别算法和边界特征导航算法,对割草机器人作业过... 以割草机器人作业过程为研究对象,分析了机器人作业的环境特点,建立特定的环境参数模型,并运用计算机视觉算法进行作业环境的自动化识别。试验结果表明:割草机器人视觉系统所包含的目标识别算法和边界特征导航算法,对割草机器人作业过程中的目标识别准确率达到95%以上,控制指令发出至作业过程的平均反应距离不大于20mm,能够实时准确地进行割草作业过程自动控制。 展开更多
关键词 割草机器人 计算机视觉 图像采集 特征比对
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割草机器人路径规划研究--基于改进蚁群算法和计算机视觉 被引量：4
20
作者 孙伟 李文俊 《农机化研究》 北大核心 2022年第1期146-150,共5页
首先,从设计需求、结构体系和控制系统设计了割草机器人总体方案;然后,设计了草坪边界提取算法和割草机器人路径规划系统,实现了一套基于改进蚁群算法和计算机视觉的割草机器人路径规划系统。试验结果表明:割草机器人能够实现草坪边界... 首先,从设计需求、结构体系和控制系统设计了割草机器人总体方案;然后,设计了草坪边界提取算法和割草机器人路径规划系统,实现了一套基于改进蚁群算法和计算机视觉的割草机器人路径规划系统。试验结果表明:割草机器人能够实现草坪边界提取和规划出最优路径,割草机器人路径规划具有一定的可行性。 展开更多
关键词 割草机器人 边界提取 路径规划 改进蚁群算法 计算机视觉
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