果园自主导航兼自动对靶喷雾机器人

作     者：刘理民 何雄奎 刘伟洪 刘紫嫣 韩虎 李扬帆 LIU Limin;HE Xiongkui;LIU Weihong;LIU Ziyan;HAN Hu;LI Yangfan

作者机构：中国农业大学理学院北京100193 中国农业大学农业无人机系统研究院北京100193 中国农业大学工学院北京100083 

出 版 物：《智慧农业（中英文）》 (Smart Agriculture)

年 卷 期：2022年第4卷第3期

页      面：63-74页

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 0828[工学-农业工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家梨产业体系(CARS-28) 国家自然科学基金资助项目(31761133019) 中国农业大学2115人才培育发展支持计划 三亚中国农业大学研究院引导资金项目(SYND-2021-06) 

主　　题：自主导航 对靶喷雾 LiDAR 随机一致性算法 机器人 惯性测量单元 

摘      要：为同时实现果园智能植保机自主导航及自动对靶喷雾,研制了一种果园自主导航兼自动对靶喷雾机器人。首先采用单个3D LiDAR(Light Detection and Ranging)采集果树信息确定兴趣区(Region of Inter⁃est,ROI),对ROI内点云进行2D化处理得到果树质心坐标,通过随机一致性(Random Sample Consensus,RANSAC)算法得到果树行线,并确定果树行中间线(导航线),进而控制机器人沿导航线行驶。通过编码器及惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)确定机体速度及位置,IMU矫正采集到的果树分区冠层信息,最后通过程序判断分区冠层的有无控制喷头是否喷雾。结果表明,机器人自主导航时最大横向定位偏差为21.8 cm,最大航向偏角为4.02°,相比于传统连续喷雾机施药液量、空中漂移量及地面流失量分别减少20.06%、38.68%及51.40%。本研究通过单个3D LiDAR、编码器及IMU在保证喷雾效果的前提下,实现了喷雾机器人自主导航及自动对靶喷雾,降低了农药使用量及飘失量。