小麦精播机器人路径规划研究

论文摘要

随着精细农业技术和人工智能技术的发展，农业机器人已经开始出现并运用到实际农业生产中，既有效的缓解了农业劳动力不足的问题，又极大地提高了劳动生产效率。为了提高小麦播种精度和实现小麦种植的自动化，围绕山东省科技厅《小麦精播机器人关键技术的开发与应用研究》项目的要求，研究并设计了小麦精播机器人。本文介绍了小麦精播机器人路径规划的研究，分析了几种常用的路径规划算法，结合小麦播种特点和机器人基本要求提出了适合小麦精播机器人的路径规划方法——点到点的路径规划和基于子区域的折返全区域覆盖路径规划。具体工作如下：首先，介绍了精细农业的基本概念、精细农业的应用现状和国内外农业机器人的研究和使用状况。阐述了小麦精播机器人的总体设计方案，主要分为功能需求分析、车体的构成、精密排种器和机器人移动平台几个方面进行了介绍。然后，对机器人各种路径规划算法进行了深入研究，最后选择采用一种启发式优化算法—A*算法来进行点到点的路径寻优工作。为了确定小麦精播机器人的精确地地理位置，论文采用差分DGPS实现小麦精播机器人定位。最后，重点介绍了基于全区域覆盖的小麦精播机器人的路径规划的研究，基于农业小麦播种的区域性和行列性两个特点，要求小麦精播机器人播种时要对工作区域进行全区域覆盖，并且播种的行列等间距且平行。此外，还要求在有障碍物的环境中能有效的躲避障碍物。在此基础上进行了仿真研究，确定了一种基于子区域的折返式全区域覆盖路径规划方法，即把工作环境分为若干子区域，在子区域内采用折返式行走方式播种。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 精细农业
• 1.2.1 精细农业基本概念
• 1.2.2 精细农业的应用现状
• 1.3 农业机器人国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第2章 小麦精播机器人总体方案设计
• 2.1 系统设计要求
• 2.2 车体设计
• 2.3 小麦精播机构
• 2.4 机器人移动平台
• 2.4.1 控制系统的硬件设备
• 2.4.2 上位机
• 2.4.3 DGPS 定位
• 2.4.4 COMPACTRIO 控制器
• 2.4.5 无线路由器
• 2.4.6 驱动系统的设置
• 2.5 本章小结
• 第3章 路径规划理论
• 3.1 路径规划问题概述
• 3.2 传统的路径规划算法
• 3.2.1 可视图法
• 3.2.2 启发式搜索法
• 3.2.3 栅格法
• 3.2.4 人工势场法
• 3.3 智能化路径规划算法
• 3.3.1 模糊逻辑算法
• 3.3.2 神经网络算法
• 3.3.3 遗传算法
• 3.3.4 蚁群算法
• 3.4 常用路径规划算法的比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于 A*算法的小麦精播机器人路径规划
• 4.1 小麦精播机器人路径规划总体概述
• 4.2 小麦精播机器人定位实现
• 4.2.1 GPS 数据的接收和提取
• 4.2.2 经纬度的坐标转换
• 4.2.3 高斯投影
• 4.2.4 平面转换公式
• 4.3 A*算法的实现技术
• 4.3.1 估价函数
• 4.3.2 A*算法
• 4.4 栅格环境建模
• 4.5 路径规划实现
• 4.5.1 系统开发平台和开发工具
• 4.5.2 算法仿真结果
• 4.5.3 数据的存储
• 4.6 本章小结
• 第5章 小麦精播机器人全区域覆盖路径规划
• 5.1 小麦精播机器人工作区域特点
• 5.2 机器人全区域覆盖行走方式确立
• 5.2.1 随机式全区域覆盖策略
• 5.2.2 螺旋式全区域覆盖策略
• 5.2.3 折返式全区域覆盖策略
• 5.3 无障碍物的情况
• 5.4 有障碍物的情况
• 5.4.1 障碍物矩形化处理
• 5.4.2 基于子区域折返全区域覆盖路径规划
• 5.4.3 算法实现
• 5.4.4 仿真研究与分析
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢