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超声测距技术在柑橘采摘机器人紧急避障中的应用

更新时间：2020-03-19 21:41:40 大小：2M 上传用户：守着阳光1985查看TA发布的资源 标签：超声测距技术机器人 下载积分：3分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

随着经济的快速发展和城市化进程的加快,农业劳动力向城市转移,导致农业劳动力匮乏和农业生产成本激增。柑橘产业中,收获成本已达柑橘生产总成本的40～50％。为降低生产成本、提高柑橘产业竞争力和满足鲜果市场需求,研究歼发智能化柑橘采摘机器人是一种有效解决途径。

    柑橘采摘机器人的作业场景高度非结构化,可变因素多,其作业过程易受各种随机障碍影响,因此柑橘采摘机器人设计的关键问题之一是其避障系统设计。课题组在前期研究中,采用双目立体视觉技术识别及定位障碍物,但由于双目立体视觉易受光照、遮挡等因素影响,无法完全识别障碍物,重构的虚拟场景不能完全反映作业空间的障碍物信息,可能导致错误的路径规划。同时,采摘过程中障碍物随时会进入采摘空间,给机械手带来安全威胁。

    超声测距不受光照、色彩等影响,且超声测距传感器结构简单、数据处理速度快,本文提出采用超声测距技术为柑橘采摘机器人提供紧急避障。主要的研究内容和方法如下:

    1.超声测距系统的硬件系统包括:温度检测模块、串口通讯模块、超声发射／接收模块及控制模块。温度检测模块用于实时测量环境温度,校正声速,提高超声测距传感器的测量精度；串口通讯模块用于实现上下位机通信；超声波发射模块利用功率放大器放大CPID发出的方波信号,并驱动超声发射传感器发出40kHz的超声波；超声接收模块接收经障碍物反射的回波信号,并对信号进行调理,以得到40kHz左右的伏级电信号；控制模块包括单片机和CPID,单片机主要实现上下位机通信、通道选择、信号发送和计时等功能,CPLD主要用于向相应通道发送高精度40kHz方波信号。

    2.在Microsoft Visual Studio2008平台上结合CSerialPort类编写上位机控制软件；根据测量误差的特点,引入校正因子提高测距精度；结合超声测距传感器和柑橘采摘机器人的特点,设计了多路超声测距系统,并定义了测量周期和安全距离；制定了超声测距传感器与双目立体视觉的信息融合策略,以避免机械手与障碍物碰撞。

    3.由于不同障碍物表面漫反射能力不同,设计了仿真试验测试超声测距系统的障碍物检测能力。试验结果表明,设计的超声测距系统对墙面的检测识别率达100％,且测距误差小于0.2cm,...

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