高效除草机器人控制系统设计

杂草与作物争夺水分、养分及阳光，降低了作物产量。常用的化学除草方法大面积喷洒农药，不仅造成浪费，而且影响生态环境。近年来，人们对除草机器人开展了广泛的研究。本文提出了一种能够对行内、行间同时进行除草的高效除草机器人控制系统方案，开展了除草机器人导航控制系统、杂草识别及除草控制系统的研究。 本文首先利用摄像头采集了作物苗期的田间图像，然后分析了作物RGB颜色模型下的特征，利用超绿色特征对图像进行灰度化处理，采用最大类间方差法对图像进行二值化处理，采用中值滤波和面积滤波的方法对图像进行后期滤波去噪处理，完成了绿色植物与土壤背景的分割。再根据作物行的特点，基于Hough变换研究了导航算法，完成了导航路径的识别。在此过程中，对摄像头进行了标定，获得了摄像头的内外部参数，为进一步输出准确的导航信息奠定了基础。 其次，研究了除草机器人的行驶运动控制系统，结合导航算法基于VC++平台、采用多线程的方法开发了导航系统控制软件。通过在博创VoyagerII机器人和课题组研制的除草机器人两个控制平台上的室内试验，验证了导航算法的准确性、稳定性和实时性。除草机器人能够正确识别出导航路径，实现自主行走。 然后，提出了基于对射式红外传感器的行内杂草识别方法，基于MCS-51单片机结合PC机及光电编码器设计了杂草识别电路。以MCS-51单片机为主控制器，完成了行内、行间除草控制系统软硬件的设计并制作了实验电路板和调试软件，包括：行内除草控制电路，实现行内除草控制；行间除草控制电路，对行间除草末端执行器的直流电机进行PWM调速，实现行间除草控制。