發(fā)布時間：2020-06-26 04:46

【摘要】：近幾年,我國植保無人機行業(yè)飛速發(fā)展,使用無人機植保的作業(yè)方式越來越普遍。我國農田作業(yè)環(huán)境普遍存在電線桿、樹木等障礙物,當飛行作業(yè)的無人機遇到障礙物時,必須依賴飛手視覺觀察并手動遙控來避開障礙物。這種人工避障的作業(yè)方式嚴重影響作業(yè)效率,威脅飛機飛行安全。因此,自動避障技術的研究對保障植保無人機的安全飛行與全自動飛行具有重要意義。本文主要工作有:(1)針對植保無人機避障問題,提出了一種基于結構光視覺的障礙物檢測方法�；�于三角測量原理,通過半導體激光器與CCD間特殊的光路設計,設計了可探測前方障礙物信息的光學檢測系統(tǒng)。該光學系統(tǒng)由線結構光光源、CCD、鏡頭和濾光片等組成。其中光源的光軸與CCD成像光軸之間的夾角設計為θ,光源出光孔與CCD成像光軸之間的距離設計為z。光源發(fā)出的線結構光經障礙物表面的反射,成像于CCD靶面上,通過圖像采集、處理和計算得出前方障礙物距離、方位角度和寬度的計算公式。最后,結合飛機飛行姿態(tài)參數(shù),提出了根據(jù)機身姿態(tài)角來修正檢測結果的處理方法。(2)完成了避障系統(tǒng)的軟硬件設計。選擇多旋翼植保無人機為避障測試平臺、小型工控機為避障主控模塊。根據(jù)植保作業(yè)的避障要求與機身尺寸的視場需求,設計出由CCD、鏡頭、結構光光源、濾光片和模塊支架組成的避障檢測模塊,從而完成了硬件平臺設計。將軟件設計劃分為避障飛前準備、避障檢測和避障動作等三部分。飛前準備部分主要完成避障參數(shù)設置和飛前自檢。檢測部分包括實時檢測流程與圖像處理的設計,提出了對障礙物分類處理的圖像處理方法。針對動作模塊,根據(jù)障礙物與無人機相對位置的不同生成對應的動作指令和移動距離,并發(fā)送給飛控,飛控插入避障航點。最終完成了避障的軟件設計。(3)完成了檢測模塊的參數(shù)θ與z標定設計。根據(jù)距離檢測的原理,提出了由設定距離來推導出待標定參數(shù)θ與z計算公式的標定方法,并且設計出了合適的標定板。最后通過標定系統(tǒng)的軟硬件設計,完成檢測模塊的參數(shù)標定工作,保證了檢測模塊的檢測精度。(4)針對以上的避障系統(tǒng),設計了標定實驗、障礙物檢測的靜動態(tài)實驗以及避障飛行實驗。實驗結果表明,在3000mm內,該檢測模塊對距離的檢測誤差不超過±60mm,角度檢測誤差不超過±4.0°,寬度檢測誤差不超過±10mm,并實現(xiàn)了飛行過程中的自動避障,驗證了本文提出的基于結構光視覺的植保無人機避障技術的有效性。
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V279;V249
【圖文】：

第 1 章 緒 論背景，農村耕地面積高達 20.25 億畝。隨著人口老齡化和城面臨長期短缺的局面。因此農業(yè)機械化發(fā)展越來越受到作業(yè)過程當中，必須投入大量人力物力，而且效率低由于設備落后或者使用方式不當還普遍存在著農藥使用統(tǒng)計目前我國農業(yè)施藥過程中只有 30%的農藥起到了土壤中，引發(fā)自然環(huán)境的進一步破壞和水土污染問題[41.2、1.3，地形復雜且無規(guī)則分布，依靠人工背負式或僅作業(yè)難度大，作業(yè)效果不能保證，而且會對作業(yè)人員

統(tǒng)計目前我國農業(yè)施藥過程中只有 30%的農藥起到了土壤中，引發(fā)自然環(huán)境的進一步破壞和水土污染問題[41.2、1.3，地形復雜且無規(guī)則分布，依靠人工背負式或僅作業(yè)難度大，作業(yè)效果不能保證，而且會對作業(yè)人員圖 1.1 不規(guī)則分布的農田

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本文編號：2729844