基于Seekur的农田机器人激光避障设计与仿真_姜丹.pdf

基 于 Seekur 的 农 田 机 器 人 激 光 避 障 设 计 与 仿 真 姜 丹1 ，刘 卉1 ，邱 权2 ( 1 ． 首都师范大学 信息工程学院，北京 100048 ; 2 ． 国家农业智能装备工程技术研究中心，北京 100097 ) 摘 要: 以农业机器人为代表的新型智能农业机械装备的开发已经成为现代农业领域研究热点 之 一。为 了 探 讨 农田环境下机器人作业时自主避障问题，设计了 基 于 Seekur 机 器 人 平 台 的 自 主 避 障 系 统，由 激 光 传 感 器、WＲAP wifi interface 和远程监控 PC 组成 ; 通过分 析 农 田 环 境 中 避 障 应 用 需 求，设 计 了 模 糊 逻 辑 算 法 避 障 策 略。通 过 在 MatLab 中的模糊逻辑仿真和 MobileSim 中的避障过程仿真，验证了模糊逻辑避障算法具有较好的避障效果。 关键词 : 农田机器人 ; S e e k u r 平台 ; 避障 ; 模糊逻辑 中图分类号: TP24; S11 +6 文献标识码: A 文章编号: 1003 －188X( 2015) 07 －0151 －05 0 引言 以农业机器人为代表的新型智能农业机械装备的 开发已经成为现代农业领域研究热点之一。所谓农 业机器人，通常是指与农业生产相关、拥有多自由度 机构的机械系统，是具有高度感知和判断机能的自动 机械［1］，可用于农田环境，也可应用于设施农业环境。 例如，自主完成采摘、喷洒及除草等作业的农业机器 人［2 － 5］。 对应用于农田作业环境下的农业机器人，障碍物 的识别与自主避障是关键技术之一。避障是指在局 部环境中基于传感器的信息对障碍物实现规避，其实 时性要求更高。 当机器人的运动速度较低时，实时响应方法具有 更好的运动规划和操作实时性，避障 效 果 较 佳。目 前，常用的实时响应方法包括人工势场法、遗传算法 及模糊逻辑算法等［6］。人工势场法结构简单，便于低 层的实时控制，但存在局部最优解的问题，容易产生 死锁现象( Dead Lock) ［7］。遗传算法作为一种多点搜 索算法，更有可能有哪些信誉好的足球投注网站到全局最优解，但运算速度不 快，占据较大的存储空间和运算时间［8］。基于实时传 感信息的模糊逻辑算法克服了势场法易产生的局部 最优问题，用简化的设计完成较复杂的任务，适用于 环境未知或发生变化的情况，能快速而准确地规划出 收稿日期: 2014 － 07 － 16 基金项目: 北 京 市 教 委 面 上 项 目 ( KM201410028016 ) ; 国 家“863 计 划”高新技术发展计划项目( 2012AA101905 ) 作者简介: 姜 丹( 1989 － ) ，女，济南人，硕士研究生，( E － mail) mag- giejiangdan@ 126． com。 通讯作者: 刘 卉( 1978 － ) ，女，吉林四平人，讲师，博士，( E － mail ) liuhui@ cnu． edu． cn。 机器人路径。 本文介绍了一种面向农田作业环境的机器人避障 研究，基于 Seekur 机器人平台，通过扩展传感器构建 自主避障系统，并在此基础上引入模糊逻辑算法实现 农田机器人避障算法设计。 1 Seekur 机器人平台 Seekur 是 MobileＲobots ActivMedia 公司推出的一 款全新的、智能的、通用型机器人移动平台，如图 1 所 示。其应用四轮独立转向技术 ( 4 － WIS ) ，能满足低 温、雨、雪天气的户外作业要求，并且具有较大的拖动 力和载重能力; 内部可装备 5 台工控机，有效实现了 数据的统一规划和分散处理，具有很强的运算能力。 图 1 Seekur 机器人 1． 1 Seekur 系统结构 如图 2 所示，Seekur 系统结构分为两层: 下位机为 嵌入式控制系统，上位机为运行 Windows 操作系统的 车载计算机。 1) 嵌入式控制系统: 负责处理执行机构和传感器 的信息，并通过 ＲS － 232 串口发给上位机; 通过 ＲS － 232 串口处理上位机发出的控制指令和其它操作请 ·151· 2015 年 7 月 农 机 化 研 究 第 7 期 DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.07.035 求。Seekur 平台通过底层 MPU( Micro Processing Unit， 微处理单元) 扩展传感器和执行器，如码盘、陀螺仪、 bumper 及云台等，形成基于 CAN 总线的底层控制系 统。 2) 运行 Windows 操作系统的车载计算机。Seekur 平台的车载计算机 Phytec MPC － 565 运行 Windows 操 作系统，通过车载计算机扩展通用接口直接接入相