【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(nóng)田作業(yè)環(huán)境普遍存在電線桿、樹木等障礙物,當(dāng)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(yán)重影響作業(yè)效率,威脅飛機飛行安全。因此,自動避障技術(shù)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(jié)構(gòu)光視覺的障礙物檢測方法�；谌菧y量原理,通過半導(dǎo)體激光器與CCD間特殊的光路設(shè)計,設(shè)計了可探測前方障礙物信息的光學(xué)檢測系統(tǒng)。該光學(xué)系統(tǒng)由線結(jié)構(gòu)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(shè)計為θ,光源出光孔與CCD成像光軸之間的距離設(shè)計為z。光源發(fā)出的線結(jié)構(gòu)光經(jīng)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(jié)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(jié)果的處理方法。(2)完成了避障系統(tǒng)的軟硬件設(shè)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(shè)計出由CCD、鏡頭、結(jié)構(gòu)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(shè)計。將軟件設(shè)計劃分為避障飛前準(zhǔn)備、避障檢測和避障動作等三部分。飛前準(zhǔn)備部分主要完成避障參數(shù)設(shè)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(shè)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(yīng)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(shè)計。(3)完成了檢測模塊的參數(shù)θ與z標(biāo)定設(shè)計。根據(jù)距離檢測的原理,提出了由設(shè)定距離來推導(dǎo)出待標(biāo)定參數(shù)θ與z計算公式的標(biāo)定方法,并且設(shè)計出了合適的標(biāo)定板。最后通過標(biāo)定系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計,完成檢測模塊的參數(shù)標(biāo)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(shè)計了標(biāo)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(jié)果表明,在3000mm內(nèi),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(jié)構(gòu)光視覺的植保無人機避障技術(shù)的有效性。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V279;V249
【圖文】：

第 1 章 緒 論背景，農(nóng)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(nóng)業(yè)機械化發(fā)展越來越受到作業(yè)過程當(dāng)中，必須投入大量人力物力，而且效率低由于設(shè)備落后或者使用方式不當(dāng)還普遍存在著農(nóng)藥使用統(tǒng)計目前我國農(nóng)業(yè)施藥過程中只有 30%的農(nóng)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(fù)雜且無規(guī)則分布，依靠人工背負(fù)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(nóng)業(yè)施藥過程中只有 30%的農(nóng)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(fù)雜且無規(guī)則分布，依靠人工背負(fù)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(nóng)田

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