基于机器视觉的草坪修剪机器人自主路径规划算法研究
基于机器视觉的草坪修剪机器人自主路径规划算法研究
【摘要】： 随着智能控制、人工智能等理论的发展,移动机器人技术的研究及应用受到越来越多国内外学者的重视。草坪绿化机械的广泛应用方便了人们的生活,但是自动化、智能化的绿化设备国内起步较晚。针对这一现状,我们对草坪修剪机器人进行研究,立足于设备的自主运行,提出先通过机器人的自动寻边构建草坪地图,然后对草坪修剪路径进行预规划,在根据预规划路径修剪过程中,实时检测障碍物并实时避让的作业策略,对相关的关键技术进行了探索,主要内容如下:首先,完成了草坪修剪机器人控制系统硬件设计,包括导航定位装置、外部环境探测装置、机器视觉装置等。导航定位采用GPS与陀螺仪相结合的模式获取机器人的位置信息,外部环境探测采用了激光雷达和超声波相结合的模式对草坪障碍物距离进行采集,利用单目视觉相机采集草坪图像,确定STM32ZF407作为主控制器控制机器人的动作。其次,对草坪轮廓的辨识算法进行研究,基于视觉摄像头所获取的图片,辨识草坪边界,完成机器人的自动寻边,对草坪边界路径进行直线拟合来完成草坪边界的提取,结合GPS与陀螺仪获取的位置构建草坪轮廓地图。再次,对机器人的自主路径规划算法进行研究。基于草坪轮廓地图规划机器人的作业路径,对A*算法进行了改进,改进后的算法在特殊环境地图中工作更高效,采用全局路径规划和人工势场算法局部路径规划相混合的规划方法,来实现草坪修剪机器人的自主路径规划。最后,对机器人作业过程中的避障算法进行研究,建立了机器人运动模型,通过坐标变换实现机器人自定位,针对草坪修剪机器人工作环境中可能遇到的障碍物,利用传感器获取障碍物轮廓信息,设计了实时避障算法。
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
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