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          VR技術運用于農業機器人操作的思考

          學術期刊發表網 位置:農業論文 時間:2020-12-15 10:12 (12)

          摘要:【摘要】農業機器人的研發與設計,解決了農業生產中的許多操作性難題。將VR技術運用在農業機器人操作中,也是近年來科研領域中重點突破的技術性問題。本文以此為背景,重點論

            【摘要】農業機器人的研發與設計,解決了農業生產中的許多操作性難題。將VR技術運用在農業機器人操作中,也是近年來科研領域中重點突破的技術性問題。本文以此為背景,重點論述虛擬現實技術的功能特征,并結合農業機器人的仿真平臺,構建探討VR技術在農業機器人操作中的運用形式,幫助提升農業機器人仿真操作的穩定性。

            【關鍵詞】VR技術;農業機器人;仿真

          VR技術運用于農業機器人操作的思考

            VR虛擬現實技術具有多感知性、存在感、交互性和自主性等重要特征,主要包括感知、自然技能、仿真模型及傳感技術等,能夠依據計算機和圖像技術,虛擬出如同真實環境的模式世界。下面將針對VR技術在農業機器人操作中的應用進行全面研究,重點探討VR技術的運用原理以及功能方向。

            1虛擬現實技術綜述

            虛擬現實技術是以計算機為控制核心,結合圖像仿真系統人機交換系統以及運動識別系統、傳感系統。通過一系列的模糊數據處理后,將特定的信息轉變為模擬的真實環境。通過虛擬現實技術的操作,能夠實現人機交互,使用戶產生身臨其境的感覺。在模擬出的三維世界中能夠設置不同場景,從而達到VR虛擬技術的不同使用效果,虛擬現實技術在系統設置過程中實現的模型如下,見圖1。近年來,隨著農業科研力度不斷加大,VR技術運用于農業機器人的操作中解決了許多操作難題,也使得農業機器人更具有實用性?;赩R技術所構建的農業機器人,在操作與控制中仿真效果更理想,能夠在農業生產中替代人工采摘作業。

            2農業機器人手遙操作軟硬件設計

            2.1硬件設計

            硬件設計包括兩部分,分別為人機接口系統部分和手控系統部分,其中人機接口系統由VR環境、顯示模塊、操控按鈕三部分構成。VR環境主要指農業機器人作業環境的模擬,實景模擬后直接顯示到終端設備上,對于操作者來說,能夠有目的、有方向進行操作??刂平缑?、操控按鈕的應用主體是操作人員,操作人員通過獲取數據信息完成操控任務。手控系統細分圖像處理、手控設備、上位機等內容,系統運行流程為:借助攝像機獲取并處理圖像信息,之后將信息傳回到主控器,在人機接口系統輔助下進行信息操控;上位機針對運動信息搜集,并傳遞信息于主控器,最后信息輸送至人機接口系統。

            2.2軟件設計

            在模塊化編程思想引導下,將主程序細分呈多個子程序(圖像處理、信息分析、手動驅動、上位機),經子程序初始化操作進行功能顯現,具體步驟為:開始→初始化→啟動操作界面→關閉→結束,或者開始→初始化→啟動操作界面→掃描輸出數據→輸入信號→對應編號→掃描輸出數據、執行相應程序。

            3虛擬現實技術在農業機器人操作中的運用

            3.1農業機器人仿真平臺結構

            基于虛擬現實基礎上,對農業機器人進行操作設計,首先需要對農業機器人的仿真平臺進行構建。包括農業機器人使用過程中的功能,根據主要功能需要對機器人進行運動學分析。對機器人的各組成部分最大程度仿真,提升后續使用過程中的合理性。對農業機器人的仿真平臺進行構建中,分別針對視覺、力覺與聽覺三個部分進行,針對農業機器人在不同使用功能中所需要的信息仿真功能,分別針對上述功能模塊進行獨立分析,基于最終的計算結果進行輸入控制。通過仿真平臺結構,為后續功能實現提供良好的基礎條件。在農業機器人仿真平臺構建過程中,模擬真實的使用環境進行實驗。將VR技術引入其中,對農業機器人的使用環境進行模擬。這樣在仿真平臺構建中更能夠符合真實的操作環境,對農業機器人的使用達到更好的操作調試效果。農業機器人仿真平臺構建后,對接下來的VR操作環境進行演示,分析農業機器人設計中存在的功能性問題,針對所表現出的問題進一步優化,提升農業機器人在操作環境中的適應力。具體來說,基于計算機軟件仿真模擬,從幾何環境、運動學這兩方面構建數學分析模型來準確操作農業機器人。正常來說,三維仿真軟件3DMAX在空間坐標、景物大小、景物顏色等方面自由定義,充分利用數據庫、集成開發平臺完成構件特性調整目標,讓農業機器人基關節點與坐標原點的一一對應,為接下來靈巧操作做準備。接下來構建運動學數學模型,該模型用來指導遙操作,大大提高遙控有效性,使農業機器人自由調整、靈活移動。

            3.2農業機器人虛擬操作

            基于VR技術對農業機器人進行虛擬操作,通過觀察運動映射點以及農業機器人機械手臂在虛擬空間中的運動情況,對農業機器人操作中的力學優化提供參數。同時,利用VR虛擬現實技術,模擬農業機器人使用的不同場景,包括在使用過程中可能會遇到的突發情況,以及環境中對農業機器人的不利因素??紤]在不同場景環境中,農業機器人使用存在的問題,通過模擬操作的方法,了解農業機器人的使用性能,并作出更深入的優化。農業機器人的使用環境比較特殊,在實驗室設計中,雖然各力學參數都能達到最佳效果,但其中仍然可能會存在不合理部分。對此運用VR技術,能夠在原有設計基礎上,模擬出更真實的操作環境,同時對農業機器人的使用性能做出判斷,并針對后期使用中,可能會涉及到的問題進一步強化。設置農業機器人操作試驗,將硬件、軟件系統有機連接,經條件變換得知目標參數。設置條件總結為:攝像工具、智能接口適當調試;圖像識別、數據信息傳遞、監控等程序合理編制;視頻信息與虛擬現實操作有機協調,保證虛擬現實作業連貫性。試驗過程中,全過程監控農業機器人移動、定位、拿取、歸位等系列化操作,針對數據信息有效獲取、細致分析,得知機器人動作執行效果。最后對比實際執行效果與設計目標,證實虛擬現實技術在農業機器人操作中的可行性。

            4結語

            VR技術在農業機器人操作中的研究與應用,未來將不斷完善,當前技(上接第10頁)術研究中,已經能夠針對農業機器人使用中遇到的環境問題充分解決,大幅度提升了農業機器人使用中存在的功能弊端問題。未來技術研發中,將重點體現出VR技術在農業機器人操作中的仿生特征,不斷優化現存問題,實現農業機器人設計中功能的優化與完善,從而解決農業生產中的難題。

            參考文獻

            [1]左志強,胡世云,梁建奇等.基于計算機圖形學及VR技術的新型場景再現系統的研究[J].電腦與信息技術,2019,27(2):24-26.

            [2]張朝輝,吳海云,黃舞記等.基于STM32單片機的農業機器人GPS/北斗定位系統設計[J].農技服務,2019(5):52-53.

            [3]施俊丹.精彩的"混搭"r——機器人與3D打印、VR和新材料技術的結合[J].大飛機,2018(3):17-19.

            [4]鄭慶偉.中國農大工學院召開農業機器人技術發展研討會[J].農藥市場信息,2018(29):54.

            作者:

            魏榮; 劉茹敏; 張洪強

            向期刊推薦:《吉林農業》創刊于1989年,以“為農村服務,為農業服務,探改革之路,譜致富遍章,播科技星火,做農民之友”為宗旨,以反映作物栽培、植物保護、土壤與植物營養、農業化學、農業應用物理、果樹、蔬菜、園林、藥用植物、貯藏加工、農牧業經濟管理、農業機械化、農業工程技術等專業的科研成果和開展學術交流為主要任務。


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