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近些年来,国家不断加大对农业机械化、自动化的扶持力度,极大地促进了中国农业现代化的发展。农业机器人在农业现代化发展中起到了举足轻重的作用。本文的农业机器人试验平台属于一种轮式农业机器人,在该轮式农业机器人基础上搭建的农业机器人视觉导航试验平台能够模拟轮式机器人视觉导航,便于农业机器人视觉导航系统的研究和开发。本文围绕农业机器人试验平台视觉导航系统,研究了农业机器人试验平台视觉导航的图像处理方法,提出了一种沿路径边缘行驶的视觉导航策略,并最终设计出农业机器人试验平台导航控制器,主要包括以下工作内容:(1)视觉导航系统试验平台的整体方案设计。在农业机器人试验平台机械结构上搭载摄像头作为图像采集模块,通过DSP进行专业数字图像处理并求取路径导航参数,最终将导航参数传输给STM32单片机控制系统实现对轮毂电机的控制,使得导航平台能够跟踪路径行驶,农业机器人试验平台最前端装有超声波传感器用来检测障碍,实现农业机器人试验平台的避障功能。(2)对视觉导航试验平台摄像头进行标定。利用摄像机针孔成像模型建立摄像机标定模型,标定得到摄像机内外参数,求解世界坐标系中坐标点和图像坐标系中像素点之间的对应关系,并通过实验验证标定结果。(3)研究和应用常用的视觉导航图像处理方法对农田环境的道路进行图像处理。通过对常用的视觉导航图像处理方法的研究选择合理的图像处理方法,最终确定了合适的图像处理算法流程。(4)提出一种跟踪预瞄点沿路径边缘行驶的导航策略,并通过建模求取路径导航参数。在研究了农田机器人单目视觉导航一般方法的基础上,提出一种新的沿路径边缘行驶的农田机器人视觉导航策略,建立了农业机器人试验平台与导航路径之间的几何模型关系,通过建模求解导航预瞄点的实际位置,最终根据预瞄点、导航路径边缘以及农业机器人试验平台三者之间的相对位置求取路径导航参数。(5)建立农业机器人试验平台的运动学模型,在研究了农业机器人试验平台轮毂电机运行特性的基础上,根据导航策略设计导航系统控制器。首先通过对农业机器人试验平台的运动学模型进行分析了解其运动学特性,然后对农业机器人试验平台轮毂电机运行特性进行研究了解了农业机器人试验平台的动力特性,在此基础上结合农业机器人试验平台视觉导航系统的导航策略选取合适的输入输出参数设计出导航控制器,综合利用经典PID控制器和模糊控制器实现了PID-模糊控制的综合控制器设计。(6)农业机器人试验平台视觉导航系统软件设计与实验。软件设计主要包括DSP图像处理模块的编程和STM32单片机系统的编程,DSP编程主要包括图像处理和预瞄点求取以及最终的导航参数的确定,DSP将计算得到的导航参数传送给单片机控制系统,单片机将导航参数作为控制器输入参数输入到控制器系统,控制器输出控制农业机器人试验平台的轮毂电机实现系统的执行,即导航路径的跟踪。最后通过模拟农田环境实验验证农业机器人试验平台视觉导航系统的可行性。