基于激光測距和單目視覺的拖拉機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化發(fā)展,拖拉機(jī)自動導(dǎo)航技術(shù)已成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)工程研究的熱門課題。研制自動定位導(dǎo)航的無人駕駛拖拉機(jī),能有效提高作業(yè)效率和投入產(chǎn)出比,降低勞動強(qiáng)度和生產(chǎn)成本,對促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。目前國內(nèi)外針對拖拉機(jī)自動導(dǎo)航技術(shù)的研究大多局限于使用單一的導(dǎo)航傳感器,而各類傳感器的使用都存在一定的局限性。多傳感器聯(lián)合導(dǎo)航可使得傳感器之間能達(dá)到取長補(bǔ)短、相輔相成的效果,從而大大提高了導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。因此,本文以三維激

2、光測距系統(tǒng)和單目視覺攝像頭為導(dǎo)航傳感器,針對拖拉機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的傳感器標(biāo)定、數(shù)據(jù)融合、路徑規(guī)劃和硬件平臺設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的研究,具體工作內(nèi)容如下:
　　 首先,分析了激光測距儀的工作原理和性能特點(diǎn),并從物體表面特性、目標(biāo)物體距離和激光入射角三個(gè)方面對激光測距儀的測量誤差進(jìn)行了系統(tǒng)地分析研究,得出了誤差分布曲線圖;在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了二維激光測距儀和三維激光測距系統(tǒng)的標(biāo)定方案,提出了相應(yīng)的校正算法——線性最小二乘法和單位四元數(shù)法,得出了具體

3、的標(biāo)定結(jié)果。
　　 其次,簡要分析了三維激光測距系統(tǒng)和單目視覺攝像頭聯(lián)合標(biāo)定的數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)分析結(jié)果設(shè)計(jì)了可行的標(biāo)定方案,引入了L-M優(yōu)化算法進(jìn)行迭代,得出了聯(lián)合標(biāo)定的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換式;依據(jù)該坐標(biāo)轉(zhuǎn)換式,對三維激光測距系統(tǒng)和單目視覺攝像頭數(shù)據(jù)之間的顏色距離融合(底層融合)和環(huán)境特征融合(中層融合)進(jìn)行了深入研究,改進(jìn)了傳統(tǒng)的RANSAC算法,得到了較佳的融合結(jié)果。
　　 然后,從拖拉機(jī)的最優(yōu)行走方向、最佳轉(zhuǎn)彎方式和最短行走路