(大連海洋大學(xué)，遼寧 大連 116300)

0 引言

智能視覺(jué)技術(shù)是一種通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)攝像頭采集的視頻信息進(jìn)行自動(dòng)分析與處理，完成視頻序列中目標(biāo)區(qū)域的目標(biāo)出現(xiàn)時(shí)間、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡等多種信息的捕獲，進(jìn)而對(duì)捕獲的信息加以分析的技術(shù)[1]。割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)可代替或協(xié)助操作員完成割草的工作，在降低成本的同時(shí)減輕了操作員的負(fù)擔(dān)[2]。將智能視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用到割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，可以自動(dòng)分析由割草機(jī)攝像頭拍攝到的草地圖像序列，并對(duì)草坪圖像中出現(xiàn)的異常目標(biāo)做出及時(shí)響應(yīng)[3]。傳統(tǒng)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)存在區(qū)域切換行為和避障行為能力差、邊緣覆蓋率低的問(wèn)題。如若將智能視覺(jué)技術(shù)引入割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，可省略被動(dòng)錄像事后處理過(guò)程、減少人力資源的浪費(fèi)，通過(guò)捕獲的畫面信息，對(duì)草地異?，F(xiàn)象做好應(yīng)對(duì)措施，有效降低了割草機(jī)操作誤差[4]。考慮智能視覺(jué)技術(shù)在割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的種種優(yōu)勢(shì)，提出設(shè)計(jì)一種基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。

1 割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)路徑規(guī)劃分析

對(duì)基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，需先對(duì)割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，最關(guān)鍵路徑規(guī)劃進(jìn)行分析。結(jié)合直線循環(huán)推進(jìn)覆蓋法和中心輻射擴(kuò)展覆蓋法對(duì)割草機(jī)路徑進(jìn)行最優(yōu)規(guī)劃，依據(jù)實(shí)際工作環(huán)境，做出最準(zhǔn)確的路徑選擇。具體描述如下。

1.1 直線循環(huán)推進(jìn)覆蓋法

割草機(jī)在工作時(shí)以一層為工作單位，對(duì)整個(gè)草地平面進(jìn)行層層的推進(jìn)，直線循環(huán)推進(jìn)覆蓋法較為簡(jiǎn)單。當(dāng)割草機(jī)在草地的邊緣處進(jìn)行180度的轉(zhuǎn)彎時(shí)，會(huì)出現(xiàn)割草機(jī)工作區(qū)域重疊的現(xiàn)象[5]。在使用直線循環(huán)推進(jìn)覆蓋法時(shí)，割草機(jī)遇到障礙會(huì)選擇繞過(guò)，然后回到原來(lái)的路徑繼續(xù)進(jìn)行割草的工作，該方法具有工作效率高、重疊區(qū)域小和覆蓋率高的特點(diǎn)，割草機(jī)在工作時(shí)使用該方法可以根據(jù)草地環(huán)境的不同，對(duì)割草機(jī)的工作路徑進(jìn)行靈活的規(guī)劃，直線循環(huán)推進(jìn)覆蓋法的路徑圖如圖1所示。

圖1 直線循環(huán)推進(jìn)覆蓋法的路徑圖

1.2 中心輻射擴(kuò)展覆蓋法

中心輻射擴(kuò)展覆蓋法是在草地中選擇一個(gè)點(diǎn)作為割草機(jī)工作的中心點(diǎn)，然后以割草機(jī)工作的中心點(diǎn)向四周草地運(yùn)動(dòng)工作并輻射到整個(gè)草地平面的工作區(qū)域[6]。割草機(jī)使用該方法進(jìn)行工作時(shí)可以最大程度的對(duì)工作區(qū)域進(jìn)行覆蓋，如圖2所示。割草機(jī)使用該方法工作遇到障礙物時(shí)，可以通過(guò)基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)避開(kāi)草地中的障礙物繼續(xù)進(jìn)行割草的工作。

圖2 中心輻射擴(kuò)展覆蓋法的路徑圖

利用以上割草機(jī)自動(dòng)控制原理，對(duì)基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 硬件設(shè)計(jì)

基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不需要人為的控制和遙控，其目的是使割草機(jī)可以自動(dòng)工作?；谥悄芤曈X(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

首先設(shè)計(jì)割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件部分。硬件部分主要由控制單元、驅(qū)動(dòng)單元、定位單元和供電單元組成。四個(gè)單元的具體設(shè)計(jì)描述如下。

2.1 控制單元

基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心控制單元采用經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的MSP430F169單片機(jī)。控制系統(tǒng)的控制單元是16位的超低功耗的單片機(jī)，并通過(guò)RISC結(jié)構(gòu)完成控制單元的指令，其周期在125 ns，控制單元中具有運(yùn)算速度快和處理能力強(qiáng)的硬件乘法器，其工作電壓為1.8～3.6 V[7]。當(dāng)基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)在1 MHz時(shí)鐘條件下進(jìn)行工作時(shí)，其活動(dòng)模式的工作耗能為280 μA，割草機(jī)在待機(jī)情況下的功耗為1.1 μA，在關(guān)閉狀態(tài)下割草機(jī)的耗能非常低僅達(dá)到0.1 μA。在基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)控制單元的單片機(jī)中設(shè)置了I/O端口、USART1及USART0串行通信、比較器A、TA及TB定位器、12位轉(zhuǎn)換D/A和12為A/D。

在基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中以比較輸出的方式使MSP430F169單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生PWM波，通過(guò)I/O端口將PWM波傳送到基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)單元，完成直流電動(dòng)機(jī)的控制。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由通過(guò)系統(tǒng)設(shè)定的定時(shí)器參數(shù)調(diào)整的PWM波控制，完成割草機(jī)停止、轉(zhuǎn)彎和執(zhí)行的控制。基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中MSP430F169單片機(jī)的定時(shí)器通過(guò)輸入捕獲的方式對(duì)割草機(jī)車輪的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)割草機(jī)路線的控制。

在基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，以增計(jì)數(shù)的方式對(duì)控制單元中單片機(jī)定時(shí)器的計(jì)數(shù)器進(jìn)行設(shè)置，并將比較/捕獲通道1，2設(shè)定為比較模式，使引腳P1.3和P1.2進(jìn)行PWM波的輸出。對(duì)PWM波的周期T進(jìn)行控制時(shí)，采用寫入寄存器CCR0值的控制方法，其中控制通道1，2輸出PWM波的占空比分別由寄存器CCR1和CCR2進(jìn)行控制。將P1.2和P1.3的PWM信號(hào)傳送到ENA和ENB調(diào)速端口，完成對(duì)電動(dòng)機(jī)速度的控制，圖4為基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的PWM信號(hào)輸出圖。

圖4 PWM信號(hào)的輸出圖

2.2 驅(qū)動(dòng)單元

以L298N驅(qū)動(dòng)芯片為主對(duì)基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行搭建，L298N驅(qū)動(dòng)芯片具有步進(jìn)機(jī)動(dòng)機(jī)和大電流直流兩用、高電壓的特點(diǎn)。L298N驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)含有電流橋式驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)H橋高電壓[8]，并采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯的電平信號(hào)對(duì)驅(qū)動(dòng)L298N驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行控制，L298N驅(qū)動(dòng)芯片可以完成1臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和兩臺(tái)5-36 V直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)工作。在基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中直流機(jī)M1和M2的驅(qū)動(dòng)工作由L298N完成，其路線設(shè)計(jì)電路圖如圖5所示。

圖5 直流電動(dòng)機(jī)控制電路圖

將L298N的調(diào)速端ENA和ENB與基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)MSP430F169單片機(jī)的引腳P1.32和P1.3進(jìn)行連接，當(dāng)基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)速端為較高的電平時(shí)，割草機(jī)的電動(dòng)機(jī)為制動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，控制系統(tǒng)的調(diào)速端為較低的電平時(shí)，割草機(jī)的電動(dòng)機(jī)為停止的狀態(tài)。割草機(jī)直流電動(dòng)機(jī)M1和M2的方向是通過(guò)單片機(jī)引腳P1.0、P1.1、P1.4和P1.6不同的輸出組合值對(duì)應(yīng)L298N輸入信號(hào)IN1、IN2、IN3和IN4的高、低電平組合控制的。當(dāng)調(diào)速端ENA為較高的電平時(shí)，輸入信號(hào)IN1和IN2分別接入高電平和低電平，M1正轉(zhuǎn)。當(dāng)調(diào)速端ENA為較低的電平時(shí)，輸入信號(hào)IN1和IN2分別接入低電平和高電平，M1反轉(zhuǎn)?；谥悄芤曈X(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的直流電動(dòng)機(jī)M2的轉(zhuǎn)動(dòng)方向由輸入信號(hào)IN3和IN4控制。

基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)在L298N輸入端和控制單元I/O引腳之間設(shè)置了光電隔離，避免了電動(dòng)機(jī)停止和啟動(dòng)產(chǎn)生的脈沖對(duì)控制單元的影響。

2.3 定位單元

在基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中定位單元可以準(zhǔn)確的對(duì)割草機(jī)工作的路徑進(jìn)行控制，定位單元的主要目的是使控制單元確定割草機(jī)在工作時(shí)的位置。在基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中定位單元的核心部件是增量型光電編碼器，其分辨率為100。割草機(jī)在工作時(shí)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)由后輪上編碼器技術(shù)程序完成記錄，編碼器通過(guò)技術(shù)程序?qū)Ω畈輽C(jī)行走的路線進(jìn)行控制。

基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的編碼器可以輸出Z零位信號(hào)和方波信號(hào)。當(dāng)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)，基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的每路信號(hào)輸出N個(gè)脈沖，基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)可以通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)表得到割草機(jī)的位置和圈數(shù)增量?；谥悄芤曈X(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中編碼器的相位關(guān)系是由旋轉(zhuǎn)方向信號(hào)A、B之間反應(yīng)的。將控制單元的比較模塊和捕獲模塊中的輸入端與編碼器的輸出信號(hào)進(jìn)行連接，最后由基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件進(jìn)行技術(shù)和鑒相。

2.4 供電單元

基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中邏輯控制部分和驅(qū)動(dòng)部分中多種電壓值是由L7806、L7805和LM317搭建的降壓電路提供的。LM317中含有安全保護(hù)和過(guò)載保護(hù)等電路，滿足基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)單元的電壓需求。L7906和L7805滿足基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中邏輯部分電壓的需求，供電單元可提供多種不同的電壓值，滿足割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的需求。

綜上所述，完善各硬件部分的創(chuàng)建方案，使其功能得到最大化實(shí)現(xiàn)，從而完成基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)提供最優(yōu)硬件環(huán)境。

3 軟件設(shè)計(jì)

基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制要求為：操作簡(jiǎn)單、割草機(jī)的轉(zhuǎn)向靈活，具有降低強(qiáng)度的特點(diǎn)、控制系統(tǒng)中的執(zhí)行結(jié)構(gòu)要方便維護(hù)和簡(jiǎn)單。通過(guò)對(duì)割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)操作流程、人機(jī)界面進(jìn)行優(yōu)化，采用GC編程軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制程序，完成基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。具體描述如下：

基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)要具有經(jīng)濟(jì)性、可靠性、靈活性和系統(tǒng)性，要便于操作者的控制和操作，利于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的顯示和參數(shù)的修改，并且要保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性?；谥悄芤曈X(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)具有一次性復(fù)位的功能，可對(duì)各部件進(jìn)行一次性復(fù)位。

3.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)操作流程設(shè)計(jì)

采用基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的割草機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，其工作流程如下：按下割草機(jī)的啟動(dòng)鍵，基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)控制割草機(jī)中的設(shè)備回到初始的位置-切割刀保持靜止并架在上升的狀態(tài)，指示燈和刀架高度等信息顯示在LCD顯示屏上；可以根據(jù)工作環(huán)境的不同用手滑動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)刀架的高度進(jìn)行選擇，方便割草機(jī)的工作。結(jié)束割草機(jī)刀架的調(diào)整工作后，按下割草機(jī)的切割刀啟動(dòng)按鈕；切割機(jī)結(jié)束了當(dāng)前的工作后，自動(dòng)向前運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行切割工作，減少了勞動(dòng)時(shí)間和勞動(dòng)力，可在基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的LCD顯示屏對(duì)切割速度進(jìn)行調(diào)整，提高切割機(jī)的工作效率。給出割草機(jī)自動(dòng)控制流程圖如圖6所示。

圖6 自動(dòng)控制軟件實(shí)現(xiàn)流程圖

為了方便基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)程序的標(biāo)志，對(duì)執(zhí)行元件和控制元件進(jìn)行I/O地址的分配，表1為I/O地址的分配表。

表1 I/O地址分配表

3.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)在工作時(shí)采用的人機(jī)界面為MCGS，在實(shí)現(xiàn)“軟按鍵”操作的同時(shí)完成了割草機(jī)工作的可視化?？梢孕薷目刂葡到y(tǒng)的人機(jī)界面結(jié)構(gòu)以便適應(yīng)不同的工作環(huán)境，使基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)操作更加簡(jiǎn)單。

3.3 自動(dòng)控制程序的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的I/O地址、程序設(shè)計(jì)和工作要求采用GC編程軟件對(duì)系統(tǒng)的程序進(jìn)行編程。GC編程軟件具有操作簡(jiǎn)單和實(shí)用性好的特點(diǎn)，可以完成SFC和梯形圖的編輯。圖7為采用基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)割草控制的程序圖。

圖7 割草控制程序圖

根據(jù)以上步驟，完成了基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能，本次實(shí)驗(yàn)環(huán)境為一塊公共綠地草坪，草坪的土壤較為結(jié)實(shí)且沒(méi)有坡度。區(qū)域切換行為能力、避障行為能力及邊緣覆蓋率是評(píng)估自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的三大重要指標(biāo)。針對(duì)三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)智能視覺(jué)技術(shù)對(duì)割草區(qū)域的位置信息進(jìn)行定位，為了驗(yàn)證基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的區(qū)域切換行為能力和避障行為能力，在進(jìn)行測(cè)試的割草區(qū)域內(nèi)放置一些障礙物，圖8為測(cè)試區(qū)域中的障礙物在三維空間的模型。圖中每一層代表的是割草機(jī)工作的中間路徑點(diǎn)，每一個(gè)方塊都代表著割草機(jī)工作區(qū)域中的障礙物。

圖8 障礙物三維空間模型

在割草機(jī)的工作區(qū)域中有一個(gè)燈柱為靜態(tài)障礙物，分別采用傳統(tǒng)該系統(tǒng)和改進(jìn)系統(tǒng)對(duì)割草機(jī)的區(qū)域切換行為進(jìn)行控制，使割草機(jī)的工作路徑為沿著灌木叢的邊緣前進(jìn)，通過(guò)區(qū)域切換信號(hào)分析系統(tǒng)的區(qū)域切換行為能力，測(cè)得兩種不同系統(tǒng)區(qū)域切換信號(hào)對(duì)比結(jié)果如圖9所示。

圖9 兩種不同系統(tǒng)區(qū)域切換信號(hào)對(duì)比結(jié)果

由圖9可知，圖9(a)為傳統(tǒng)系統(tǒng)區(qū)域切換信號(hào)，信號(hào)波譜較弱，平均區(qū)域切換信號(hào)保持在30 dB到60 dB之間。圖9(b)為改進(jìn)系統(tǒng)區(qū)域切換信號(hào)，信號(hào)波譜較強(qiáng)，平均區(qū)域切換信號(hào)保持在40 dB到100 dB之間。對(duì)比改進(jìn)系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，改進(jìn)系統(tǒng)的區(qū)域切換信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于傳統(tǒng)系統(tǒng)的區(qū)域切換信號(hào)，充分說(shuō)明改進(jìn)系統(tǒng)的區(qū)域切換行為能力更強(qiáng)，驗(yàn)證了改進(jìn)系統(tǒng)的實(shí)用性。

分別將傳統(tǒng)系統(tǒng)和改進(jìn)系統(tǒng)裝入割草機(jī)中，對(duì)割草機(jī)進(jìn)行避障行為能力進(jìn)行測(cè)試，在割草機(jī)的工作區(qū)域中存在6個(gè)障礙物，記錄兩種系統(tǒng)的避障路徑，得到兩種不同系統(tǒng)的避障避障路徑對(duì)比結(jié)果如圖10所示

圖10 兩種不同系統(tǒng)避障路徑對(duì)比結(jié)果

觀察圖10可知，圖10(a)為實(shí)際規(guī)劃避障路徑，圖10(b)為傳統(tǒng)系統(tǒng)避障路徑，與實(shí)際規(guī)劃避障路徑相對(duì)比，傳統(tǒng)系統(tǒng)的避障路徑大大偏離了實(shí)際規(guī)劃避障路徑，路徑總距離長(zhǎng)，說(shuō)明傳統(tǒng)系統(tǒng)的避障行為能力較弱。圖10(c)為改進(jìn)系統(tǒng)避障路徑，與實(shí)際避障路徑近乎一致，且在障礙物拐點(diǎn)處選取的路徑比實(shí)際避障路徑拐點(diǎn)處路徑短，總避障路徑縮短，提高了系統(tǒng)的避障速率。改進(jìn)系統(tǒng)控制的割草機(jī)，可以連續(xù)平穩(wěn)的工作在景觀物的邊界，能夠最大程度的靠近景觀物的邊緣工作，使割草機(jī)的工作范圍完整的覆蓋在景觀物周圍的區(qū)域。對(duì)比改進(jìn)系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，充分說(shuō)明改進(jìn)系統(tǒng)的避障行為能力更強(qiáng)，驗(yàn)證了改進(jìn)系統(tǒng)的有效性。

為了驗(yàn)證基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能，需要對(duì)基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，分別采用改進(jìn)系統(tǒng)和基于PLC的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)跟蹤軌跡得到割草機(jī)的工作路徑，對(duì)比兩種不同系統(tǒng)控制的割草機(jī)在障礙物邊界旁區(qū)域的工作覆蓋率，得到兩種系統(tǒng)邊緣覆蓋率對(duì)比結(jié)果如圖11所示。

圖11 兩種不同系統(tǒng)邊緣覆蓋率對(duì)比結(jié)果

分析圖11可知，在一個(gè)有邊界的工作區(qū)域內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，采用傳統(tǒng)系統(tǒng)控制的割草機(jī)在貼近邊緣進(jìn)行工作時(shí)，其邊緣覆蓋率曲線偏離實(shí)際邊緣覆蓋率曲線，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)邊界區(qū)域草坪的準(zhǔn)確切割，邊緣覆蓋率較低。采用改進(jìn)系統(tǒng)控制的割草機(jī)在貼近邊緣進(jìn)行工作時(shí)，其邊緣覆蓋率曲線與實(shí)際邊緣覆蓋率曲線基本保持一致。對(duì)比兩種系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，改進(jìn)系統(tǒng)的邊緣覆蓋率更高，說(shuō)明改進(jìn)系統(tǒng)的控制精度高，對(duì)割草機(jī)的控制效果更好。

綜合以上實(shí)驗(yàn)可得，所設(shè)計(jì)的基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，其區(qū)域切換行為和避障行為能力強(qiáng)，便捷覆蓋率高，對(duì)割草機(jī)的控制效果更好，具有一定的實(shí)用性和有效性。

5 結(jié)論

為解決傳統(tǒng)割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)存在區(qū)域切換行為和避障行為能力差、邊緣覆蓋率低的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要對(duì)割草機(jī)的區(qū)域切換行為和避障行為能力、邊緣覆蓋率進(jìn)行研究，通過(guò)在場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的基于智能視覺(jué)的割草機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)區(qū)域切換行為和避障行為能力強(qiáng)，邊緣覆蓋率高，在割草機(jī)運(yùn)行應(yīng)用方面具有很大的實(shí)用性。但在控制速度方面仍有欠缺，未來(lái)將針對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行深入研究。