果園作業(yè)機器人定位與地圖構建研究.pdf

1、在開闊的農(nóng)田環(huán)境下，農(nóng)業(yè)機器人基于GNSS(Global Navigation Satellite System)的定位與導航方法已經(jīng)被成功應用了多年。然而在果園環(huán)境下，由于果樹樹冠的遮擋，GNSS信號存在嚴重的干擾問題，因而果園作業(yè)機器人的定位與導航應該是謀求一種不依賴于GNSS的可靠方法。在室內移動機器人研究領域，不依賴于GNSS，基于地圖的定位與導航方法被廣泛研究，技術成熟。為此，本文以自主研制的農(nóng)業(yè)移動機器人為實驗平臺，展開了果

2、園環(huán)境幾何特征地圖與柵格地圖兩類地圖的構建研究，以期后續(xù)果園作業(yè)機器人不依賴于GNSS，實現(xiàn)基于地圖的定位與導航。本文的主要研究成果及結論如下:
　　(1)針對果園環(huán)境往往存在較為規(guī)整的圓柱形樹干的情況，本研究在激光雷達數(shù)據(jù)聚類、樹干圓弧特征檢測的基礎之上，提取出了樹干的中心點位置，在機器人初始位姿下構建出了一定作業(yè)空間的樹干中心點特征地圖，其屬于一種幾何特征地圖。
　　(2)利用所構建的樹干中心點特征地圖，提出了一種基于樹

3、干中心點特征地圖的定位方法。以水杉樹場景、櫻花樹與楓樹場景分別模擬樹干粗大、樹干較細的果園環(huán)境，完成了預定作業(yè)空間中樹干中心點的提取，構建出了樹干中心點特征地圖，并利用該地圖實現(xiàn)了機器人的行間定位，實時獲取到了機器人運動過程中的行間定位位姿，很好地解決了里程計定位在果園環(huán)境應用面臨的累積誤差導致的定位不準確的問題。
　　(3)為了解決果園作業(yè)機器人在地頭的定位問題，提出了一種基于路標的地頭定位方法，櫻花樹與楓樹場景的實驗結果表明了

4、該方法的有效性。希望該方法的提出，對解決果園作業(yè)機器人地頭定位、轉向、導航等難點問題有所啟發(fā)與借鑒。
　　(4)針對立體視覺信息豐富但視野狹小，激光雷達檢測范圍大但數(shù)據(jù)稀疏的特點，在兩者各自局部柵格建圖的基礎之上，提出了一種集成局部柵格地圖構建方法。梨園場景的實驗結果表明，該局部地圖構建方法對兩種傳感器進行了優(yōu)勢互補，能更好地刻畫果園環(huán)境的二維細節(jié)，提高了建圖的可靠性。
　　(5)進行了基于位姿的全局柵格地圖構建研究。利用基