【摘 要】
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为解决传统农业生产中人工巡检方式面临的巡检效率低下、数据获取及传输复杂低效等问题,本文依托杨凌现代农业综合示范站,通过对其生产需求的分析,提出了一种园区区域尺度农业巡检机器人,通过数据采集单元及微小气候传感器实时获取周围环境信息,全天候全时段执行自动巡检任务。并在仿真环境、实验室环境以及现场环境中对搭建的巡检机器人系统进行测试和验证,具体工作如下:（1）针对目前人工巡检耗时高、效率低等问题,本文以
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为解决传统农业生产中人工巡检方式面临的巡检效率低下、数据获取及传输复杂低效等问题,本文依托杨凌现代农业综合示范站,通过对其生产需求的分析,提出了一种园区区域尺度农业巡检机器人,通过数据采集单元及微小气候传感器实时获取周围环境信息,全天候全时段执行自动巡检任务。并在仿真环境、实验室环境以及现场环境中对搭建的巡检机器人系统进行测试和验证,具体工作如下:（1）针对目前人工巡检耗时高、效率低等问题,本文以示范站内葡萄与猕猴桃园区实际生产需求为基础,分析了自主巡检机器人的功能需求与非功能需求。然后设计并提出了一种基于园区区域尺度的悬挂式农业巡检机器人。（2）为确保巡检机器人的运行稳定性,首先分析并确定了工业控制机、运动控制单元、数据采集单元、电源与无线通讯单元的器件选型,然后设计了机器人车体以及控制舱的结构,最后对设备连接、图像与气象数据的采集进行了系统测试,结果表明图像采集单元能够实时获取并传输光学和红外图像,气象传感器能按照设定采集并存储温湿度、光照强度、二氧化碳浓度以及环境声等环境数据。（3）针对巡检机器人的移动控制问题,设计了基于ROS（Robot Operating System）的巡检机器人控制与响应方法,搭建了基于ROS的移动控制服务系统。为了解决农业园区图像及气象数据的传输与存储问题,设计并构建了用户信息数据库、设备信息数据库、气象信息数据库、巡检点数据库等,搭建了机器人后台管理系统,及LNMP（Linux+Nginx+My SQL+PHP）服务器,采用实时消息传输协议（Real Time Messaging Protocol,RTMP）进行视频流推送。（4）为了对农业巡检机器人的移动控制定位、无线通讯及数据传输等的有效性进行验证并优化,本文首先分析了具体测试需求,设计了相应的测试计划。随后在仿真及实际环境内展开测试,结果表明仿真环境中机器人的最大直行误差为3.10%,速度控制误差为3.07%,实验室环境中电机累积误差最大为总距离的1%,标签定位误差整体也在1%范围内。最终在示范站现场环境中进行了晴天、雨天以及雪天的运行测试,结果表明3种环境中的相对运行耗时误差小于3%。
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