插秧机视觉/惯性组合导航方法研究

作     者：张泽清 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：方慧

授予年度：2022年

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

主      题：单目视觉 卡尔曼滤波 组合导航 纯追踪 农机导航 农机智能化 

摘      要：智能化农机装备是智慧农业的重要组成部分,也是“中国制造2025的重点研究领域。近年来,我国农机自动导航技术蓬勃发展,但绝大多数现有的农机自动导航研究是基于卫星定位技术的。针对单一的高精度卫星定位技术所显示的成本高,农机智能化程度不足的问题,本研究以乘坐式插秧机为载体,开展视觉/惯性组合导航研究,主要研究的内容如下:研究了插秧机视觉导航基准线的提取技术。利用前沿的深度学习方法,提取水田中秧苗栽植区域的分割图像,利用机器视觉方法从分割图像中提取出导航线,利用相机与载体的姿态将从导航线中提取导航参数。研究了插秧机视觉/惯性组合导航参数融合技术。对各个传感器进行标定和误差分析,获得传感器的各项结构、性能参数,为组合导航提供重要依据。将插秧机的姿态和导航参数作为状态,设计了一个扩展卡尔曼滤波器,将视觉和惯导的输出进行信息融合。研究了插秧机视觉/惯性组合导航控制技术。根据方向盘的标定结果,对方向盘进行建模,设计了一个PID控制器,并用衰减曲线法进行参数整定,实现方向盘的稳定控制。利用Simulink仿真软件设计了纯追踪算法,确定了前视距离。基于洋马VP6D型插秧机完成了视觉/惯性组合导航硬件系统的搭建,基于机器人操作系统ROS完成了插秧机的视觉/惯性组合导航的软件和算法设计。利用RTK-GNSS获取插秧机相对于作物行的的实时定位计算导航横向偏差,完成了组合导航实验,实验表明,平整水田中直线段导航的横向偏差为0.044m±0.040m,转弯段导航的横向偏差为-0.088m±0.143m。本研究为插秧机不依靠高精度卫星定位的视觉/惯性组合导航研究提供了参考价值,为未来进一步提高插秧机智能化水平奠定了基础。