割草机器人草地视觉识别与路径规划技术研究

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割草机器人的技术研究是集机械自动化、控制智能化、机电一体化等技术为一体的新型产品技术开发。本文从满足市场需求、减少人为干预、优化产品设计的角度出发,以开发出高性能、高效率、低能耗的产品为目标,在初步确立割草机器人的总体装配结构、控制系统方案的基础上,主要在草地视觉边界识别、自主路径规划及多传感器信息融合控制系统软件等方面进行了深入的研究。  首先,本文介绍了国内外现有割草机器人和机器人视觉的发展现状和未来发展趋势,指出了割草机器人开发设计过程中需要改进的方向和创新点,从节约成本、低碳环保等方面考虑,提出了割草机器人所应达到的设计功能和技术参数指标。  其次,为了使割草机器人能够满足设计要求,完成控制系统方案设计,确定采用基于STM32F103ZE微处理器,并选取相应的外围电子元器件。结合割草机器人工作的特点,利用多传感器协调控制实现机器人运动中自主避障路径规划和草地边界的识别;同时,从提高系统实时性和灵活性角度出发,采用嵌入式微内核μC/OS-Ⅱ操作系统作为软件设计平台。  然后,对割草机器人摄像头模块进行标定,通过实验、采集数据,求解出摄像头的内参数,即完成摄像头的标定。进行草地边界图像的采集、处理,最终提取出草地边界线。根据实验需要设计制作硬件电路板、编写各外围硬件的驱动程序。  最后,在已提取草地边界线的基础上,提出了通过图像像素数计算法来估算割草机器人与边界线的距离,减少坐标换算时间,解决割草机器人决策反应时间问题。同时,结合超声测距、电子罗盘等传感器,实现割草机器人的自主路径规划。搭建实验平台,对割草机器人样机进行实验研究,检测各功能模块及其协调控制。
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