具有無信標邊界識別功能的智能割草機控制系統(tǒng)研制
發(fā)布時間：2020-12-14 07:37
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步,以代替繁重的人工割草作業(yè)為目的的智能割草機越來越受到人們的歡迎。當前市場上在售的智能割草機的功能趨于同質(zhì)化,其邊界識別方式大都采用預(yù)先鋪設(shè)電纜的有信標方式。本文設(shè)計了一款具有無信標邊界識別功能的智能割草機,并對無信標邊界識別在智能割草機自主充電中的應(yīng)用進行了研究。本文首先搭建了智能割草機的軟硬件平臺。根據(jù)智能割草機控制系統(tǒng)的功能需求,采用模塊化的設(shè)計思想,設(shè)計了基于ARM Cortex-A9處理器的硬件系統(tǒng),對硬件系統(tǒng)的主控模塊、驅(qū)動模塊、傳感器模塊、人機交互模塊、通信模塊、電源管理模塊、圖像采集模塊等進行了詳細設(shè)計;基于多任務(wù)處理和狀態(tài)機的編程思想,設(shè)計了基于嵌入式Linux的軟件系統(tǒng),完成了嵌入式Linux系統(tǒng)的移植和配置,設(shè)計開發(fā)了應(yīng)用軟件和驅(qū)動軟件,實現(xiàn)了智能割草機的自主工作和自主充電流程,實現(xiàn)了對智能割草機碰撞、提升、傾斜、傾覆狀態(tài)的檢測和處理,實現(xiàn)了對智能割草機的遠程控制。其次,針對智能割草機的邊界識別問題,本文設(shè)計了基于圖像處理的無信標邊界識別算法,針對智能割草機的兩種工作場景,分別采用基于閾值分割和模板匹配的圖像二值化方法進行圖像分割,利用加...
【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
GARDENA割草機系統(tǒng)
圖1-1是Robomow系列中比較有代表性的一款智能割草機RobomowRS622[3]。Robomow采用三輪小車為主體，前輪為導(dǎo)向輪，后輪為驅(qū)動輪，采用差速轉(zhuǎn)動的原理實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。通過旋轉(zhuǎn)調(diào)高機構(gòu)可以方便地調(diào)節(jié)割草的高度。Robomow 的覆蓋面積可達1500~2000m2，具有密碼功能和防盜功能。Robomow 所配備的傳感器可在檢測到碰撞和抬起時自動執(zhí)行相應(yīng)的策略，防止刀片造成意外傷害并盡量減少人工干預(yù)。Robomow 具有自主充電功能，可以在需要充電時自動返回充電站進行充電。用戶可以通過 Robomow智能割草機配套的手機客戶端和割草機進行交互，對割草機進行手動控制，實時查看割草機的剩余電量等信息，還可以通過 GSM 將割草機的故障信息發(fā)送到廠家。Robomow使用一根邊界電纜來限定工作區(qū)域，在到達邊界時會自動轉(zhuǎn)向。Robomow 采用隨機割草方式對工作區(qū)域進行遍歷，但不能保證完全遍歷。圖 1-2 是德國 GARDENA 公司生產(chǎn)的智能割草機系統(tǒng)，它實質(zhì)上是一套簡單的草坪養(yǎng)護系統(tǒng)，其割草機部分的實現(xiàn)方式和性能與 Robomow 相似。除割草機外，該系統(tǒng)還有一套灌溉控制系統(tǒng)，割草機和灌溉系統(tǒng)都通過無線傳輸連接到網(wǎng)關(guān)，通過配套的手機客戶端可以對割草機和灌溉系統(tǒng)進行控制，另外灌溉控制模塊也可以通過無線傳輸?shù)玫酵寥罎穸葌鞲衅鞯臄?shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)決定是否打開灌溉開關(guān)。圖 1-3 是德國 Bosch 公司制造的智能割草機 Bosch Indego[4]。該割草機也是使用電纜圍成工作區(qū)域，開始工作時，割草機圍繞邊界線繞行一周即可完成地圖的構(gòu)建，割草機在此基礎(chǔ)上進行路徑規(guī)劃，可對工作區(qū)域?qū)崿F(xiàn)往返式遍歷。同市場上其他產(chǎn)品相比，其割草效率更高。
圖 2-2 Samsung S5P4418 處理器結(jié)構(gòu)框圖[26]2.2.2 主控芯片外圍電路設(shè)計Samsung S5P4418 必須搭配一定的外圍電路才能正常工作，這些外圍電路主要包括電源管理電路、時鐘電路、外部存儲接口電路。(1) 主控芯片電源管理電路為使S5P4418正常工作，需要為其提供多種電壓的電源，其中部分電壓只有S5P4418需要用到，因此不宜為每種電壓分別設(shè)計電壓轉(zhuǎn)換電路。本文選用電源管理芯片 AXP228產(chǎn)生 S5P4418 工作所需的各種電壓，該芯片可以將 5V 的輸入轉(zhuǎn)換為多種電壓的輸出，可以滿足 S5P4418 供電需求。S5P4418 電源管理電路的示意圖如圖 2-3 所示，5V 的電壓經(jīng) AXP228 轉(zhuǎn)換后，得到五種電壓，其中 1.0V 的電壓為 S5P4418 的內(nèi)核供電，1.1V的電壓為 CPU 供電，1.5V 的電壓為 DDR3 內(nèi)存接口供電，1.8V 的電壓為 ADC 和 RTC等低電壓外設(shè)供電，3.3V 的電壓為 MMC 閃存接口和其他標準電壓外設(shè)供電。1.0V1.1V1.5V1.8V內(nèi)核CPU內(nèi)存接口ADC/RTC
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于電磁感應(yīng)的割草機器人邊界技術(shù)研究[J]. 楊金龍,趙旭,鄔楊波,藍艇. 機電工程. 2015(11)
[2]智能割草機安全規(guī)范的檢測要求[J]. 胡英杰,顧正甲. 電動工具. 2012(05)
[3]軟件評估在智能割草機中的應(yīng)用[J]. 顧正甲,胡英杰. 電動工具. 2012(04)
[4]基于HSI顏色空間的彩色邊緣檢測方法研究[J]. 孫慧賢,張玉華,羅飛路. 光學(xué)技術(shù). 2009(02)
[5]有限狀態(tài)機在單片機編程中的應(yīng)用[J]. 黃新林,王鋼,劉春剛. 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報. 2008(04)
[6]智能割草機器人的研究綜述[J]. 叢明,金立剛,房波. 機器人. 2007(04)
[7]嵌入式Linux操作系統(tǒng)的研究[J]. 劉文峰,李程遠,李善平. 浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2004(04)
[8]霍夫變換與最小二乘法相結(jié)合的直線擬合[J]. 曾接賢,張桂梅,儲珺,魯宇明. 南昌航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2003(04)
[9]美國草坪業(yè)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及思考[J]. 夏漢平. 草業(yè)科學(xué). 2002(03)
碩士論文
[1]智能家居遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 鐘敏.西南科技大學(xué) 2017
[2]基于Qt的船用導(dǎo)航設(shè)備仿真系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D]. 王偉譞.大連海事大學(xué) 2017
[3]基于數(shù)字圖像處理的草坪場景分析算法研究[D]. 邢明.浙江理工大學(xué) 2016
[4]基于圖像處理的智能割草機器人路徑規(guī)劃研究[D]. 童逸舟.浙江理工大學(xué) 2016
[5]機器人割草機激光定位系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D]. 陳飛.蘇州大學(xué) 2015
[6]兩輪差速驅(qū)動移動機器人的運動模型與控制研究[D]. 阮志虎.重慶大學(xué) 2015
[7]基于圖像的草坪場景分析[D]. 陸溪.浙江理工大學(xué) 2015
[8]全自動割草機器人的智能控制技術(shù)研究[D]. 杜慧江.浙江理工大學(xué) 2015
[9]基于ARM處理器的嵌入式Linux系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 張歡慶.山東師范大學(xué) 2013
[10]基于形態(tài)學(xué)和分水嶺算法的數(shù)字圖像分割研究[D]. 陳潔.長安大學(xué) 2012
本文編號：2916078
【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
GARDENA割草機系統(tǒng)
圖1-1是Robomow系列中比較有代表性的一款智能割草機RobomowRS622[3]。Robomow采用三輪小車為主體，前輪為導(dǎo)向輪，后輪為驅(qū)動輪，采用差速轉(zhuǎn)動的原理實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。通過旋轉(zhuǎn)調(diào)高機構(gòu)可以方便地調(diào)節(jié)割草的高度。Robomow 的覆蓋面積可達1500~2000m2，具有密碼功能和防盜功能。Robomow 所配備的傳感器可在檢測到碰撞和抬起時自動執(zhí)行相應(yīng)的策略，防止刀片造成意外傷害并盡量減少人工干預(yù)。Robomow 具有自主充電功能，可以在需要充電時自動返回充電站進行充電。用戶可以通過 Robomow智能割草機配套的手機客戶端和割草機進行交互，對割草機進行手動控制，實時查看割草機的剩余電量等信息，還可以通過 GSM 將割草機的故障信息發(fā)送到廠家。Robomow使用一根邊界電纜來限定工作區(qū)域，在到達邊界時會自動轉(zhuǎn)向。Robomow 采用隨機割草方式對工作區(qū)域進行遍歷，但不能保證完全遍歷。圖 1-2 是德國 GARDENA 公司生產(chǎn)的智能割草機系統(tǒng)，它實質(zhì)上是一套簡單的草坪養(yǎng)護系統(tǒng)，其割草機部分的實現(xiàn)方式和性能與 Robomow 相似。除割草機外，該系統(tǒng)還有一套灌溉控制系統(tǒng)，割草機和灌溉系統(tǒng)都通過無線傳輸連接到網(wǎng)關(guān)，通過配套的手機客戶端可以對割草機和灌溉系統(tǒng)進行控制，另外灌溉控制模塊也可以通過無線傳輸?shù)玫酵寥罎穸葌鞲衅鞯臄?shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)決定是否打開灌溉開關(guān)。圖 1-3 是德國 Bosch 公司制造的智能割草機 Bosch Indego[4]。該割草機也是使用電纜圍成工作區(qū)域，開始工作時，割草機圍繞邊界線繞行一周即可完成地圖的構(gòu)建，割草機在此基礎(chǔ)上進行路徑規(guī)劃，可對工作區(qū)域?qū)崿F(xiàn)往返式遍歷。同市場上其他產(chǎn)品相比，其割草效率更高。
圖 2-2 Samsung S5P4418 處理器結(jié)構(gòu)框圖[26]2.2.2 主控芯片外圍電路設(shè)計Samsung S5P4418 必須搭配一定的外圍電路才能正常工作，這些外圍電路主要包括電源管理電路、時鐘電路、外部存儲接口電路。(1) 主控芯片電源管理電路為使S5P4418正常工作，需要為其提供多種電壓的電源，其中部分電壓只有S5P4418需要用到，因此不宜為每種電壓分別設(shè)計電壓轉(zhuǎn)換電路。本文選用電源管理芯片 AXP228產(chǎn)生 S5P4418 工作所需的各種電壓，該芯片可以將 5V 的輸入轉(zhuǎn)換為多種電壓的輸出，可以滿足 S5P4418 供電需求。S5P4418 電源管理電路的示意圖如圖 2-3 所示，5V 的電壓經(jīng) AXP228 轉(zhuǎn)換后，得到五種電壓，其中 1.0V 的電壓為 S5P4418 的內(nèi)核供電，1.1V的電壓為 CPU 供電，1.5V 的電壓為 DDR3 內(nèi)存接口供電，1.8V 的電壓為 ADC 和 RTC等低電壓外設(shè)供電，3.3V 的電壓為 MMC 閃存接口和其他標準電壓外設(shè)供電。1.0V1.1V1.5V1.8V內(nèi)核CPU內(nèi)存接口ADC/RTC
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于電磁感應(yīng)的割草機器人邊界技術(shù)研究[J]. 楊金龍,趙旭,鄔楊波,藍艇. 機電工程. 2015(11)
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[4]基于HSI顏色空間的彩色邊緣檢測方法研究[J]. 孫慧賢,張玉華,羅飛路. 光學(xué)技術(shù). 2009(02)
[5]有限狀態(tài)機在單片機編程中的應(yīng)用[J]. 黃新林,王鋼,劉春剛. 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報. 2008(04)
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[7]嵌入式Linux操作系統(tǒng)的研究[J]. 劉文峰,李程遠,李善平. 浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2004(04)
[8]霍夫變換與最小二乘法相結(jié)合的直線擬合[J]. 曾接賢,張桂梅,儲珺,魯宇明. 南昌航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2003(04)
[9]美國草坪業(yè)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及思考[J]. 夏漢平. 草業(yè)科學(xué). 2002(03)
碩士論文
[1]智能家居遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 鐘敏.西南科技大學(xué) 2017
[2]基于Qt的船用導(dǎo)航設(shè)備仿真系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D]. 王偉譞.大連海事大學(xué) 2017
[3]基于數(shù)字圖像處理的草坪場景分析算法研究[D]. 邢明.浙江理工大學(xué) 2016
[4]基于圖像處理的智能割草機器人路徑規(guī)劃研究[D]. 童逸舟.浙江理工大學(xué) 2016
[5]機器人割草機激光定位系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D]. 陳飛.蘇州大學(xué) 2015
[6]兩輪差速驅(qū)動移動機器人的運動模型與控制研究[D]. 阮志虎.重慶大學(xué) 2015
[7]基于圖像的草坪場景分析[D]. 陸溪.浙江理工大學(xué) 2015
[8]全自動割草機器人的智能控制技術(shù)研究[D]. 杜慧江.浙江理工大學(xué) 2015
[9]基于ARM處理器的嵌入式Linux系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 張歡慶.山東師范大學(xué) 2013
[10]基于形態(tài)學(xué)和分水嶺算法的數(shù)字圖像分割研究[D]. 陳潔.長安大學(xué) 2012
本文編號：2916078
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