本文摘要：摘要:为了使农业机器人能够有效地避开作业过程中的障碍物，设计了基于大数据的农业机器人路径规划与实时同步定位系统。该系统采用大数据云平台，给出了单个小障碍物的避障策略，提出了避障路径规划和实时同步定位算法。实验结果表明:应用云平台大数据进行路
摘要:为了使农业机器人能够有效地避开作业过程中的障碍物，设计了基于大数据的农业机器人路径规划与实时同步定位系统。该系统采用大数据云平台，给出了单个小障碍物的避障策略，提出了避障路径规划和实时同步定位算法。实验结果表明:应用云平台大数据进行路径规划和实时定位非常有效，解决了农业机器人在作业过程中的路径规划和实时同步定位问题，可为其他相关领域的避障路径规划提供参考。
关键词:农业机器人;大数据;路径规划;避障;同步定位
数字方向论文投稿刊物：《产权导刊》的办刊宗旨是：研讨产权理论、宣传政策法规、探索制度改革、指导市场建设、披露动态信息、介绍基本知识、引导产权投资，密切关注产权交易中的热点、难点问题，为健全多层次资本市场、建设统一开放竞争有序的产权市场、实现资源优化配置、健全现代产权制度、促进各类所有制企业发展服务，为企业并购重组、提高企业核心竞争力服务，为国有经济结构调整、完善社会主义市场经济体制服务，为从事和关心产权交易的广大读者服务。
0引言
随着大数据、人工智能、自动驾驶技术的快速发展，现代农业生产逐步走向自动化、信息化和精细化。农业机器人自动导航技术是农业机械自动化、信息化和精细化的基础，为了使农业机械自主导航能够成功、高效地完成任务，必须进行有效的路径规则和实时定位。为此，针对农业机器人避障和定位问题，设计了一种基于大数据的农业机器人路径规划与实时同步定位系统，可实现农业机器人路径规划和实时定位功能。
1云端大数据
1.1云端大数据的结构
随着云计算、5G通讯、人工智能、互联网和物联网的快速发展，使得大数据站在了发展的风口上，越来越多的公司开始研发自己的数据库，且各具特色，如美国甲骨文公司的Oracle、美国Sybase公司的Sybase、美国IBM公司的Informix、美国Microsoft公司的SQLServer和Access，以及开源的MySQL等数据库。SQL是1986年由美国国家标准局(ANSI)通过的关系数据库操作语言标准，是一种结构化查询语言(StructuredQueryLanguage)[53]，包含通用的增、删、改、查等SQL命令及相关语法。另外，MySQL是一款开源性产品，具有跨平台、功能强大、操作方便和价格优势，因此本文设计的云端大数据采用MySQL进行搭建。在云端服务器中，所创建数据库主要包含了ICP点云匹配核心算法及数据的增、删、改、查等功能。农业机器人主要收集作业周边环境的信息，为了确保二者之间的数据传输的可靠性，采用TCP/IP协议。
1.2数据库通信接口
常用数据库访问接口有ODBC和JDBC两种。其中，ODBC(OpenDatabaseConnectivity，开放数据库互连)是一种可用来访问关系数据库的编程接口，可对多种不同数据库进行访问，采取统一方式对数据库进行处理。通过应用程序对数据库进行访问，ODBC管理器所拥有的数据源是基础，采用此方法对数据库进行连接时，必须先配置数据源，配置流程为按顺序点击开始/控制面板/ODBC3项，进入用户DSN标签选项，点击添加，创建新数据源，选择SQLServer，输入数据源名称及服务器名称;之后，按照创建的数据库选择登入方式及登录名与密码，更改默认的数据库为自己创建的数据库，创建完成，可进行数据源测试。ODBC最大的特点是可以采用统一的API接口去处理所有的数据，本文设计的云端服务器系统和农业机器人之间的信息交互采用JAVA编程，而云端服务器也采用JAVA编程，因此采用ODBC进行数据库通信接口的开发设计。
1.3TCP/IP网络通信
TCP/IP协议网络中传输层具有TCP协议及UDP协议:TCP是一种面向连接的协议，在数据传输前，必须建立可靠的连接，多用于对可靠性要求较高的场合;UDP是一种面向无连接的协议，多用于广播、视频通信等对可靠性要求不高的领域。结合平台对数据的要求，在本地服务器与GPRS的连接中，需完成TCP/IP的Socket网络编程。为了保证农业机器人和云端数据库之间进行可靠的通信，采用基于TCP的Socket网络编程。
2农业机器人路径规划与实时同步定位
2.1农业机器人路径规划
农业机器人作业环境具有多变、未知和开放性等特点，相对比较复杂。在实际作业过程中，农业机器人根据设置设定的任务目标，获取环境信息，然后将处理后的环境信息通过TCP/IP的通信协议发送给云端数据库，由云端云计算平台计算规划后，将最优的路径结果发送回农业机器人，农业机器人根据该路径进行作业。
在路径规划中，往往根据目的地、障碍物及大小来规划避障路径。障碍物大小的定义为:最小外接圆直径小于1个工作宽度(农业机器人最大宽度)的障碍物为小障碍物，其他障碍物为大障碍物。本文研究的农业机器人避障规划和实时同步定位主要是针对小障碍物进行避障路径规划。在避障路径规划中，假设农业机器人工作块的信息已知，小障碍物的最小外接圆的半径和中心位置也已知。
2.2农业机器人实时同步定位
本文构建的基于大数据的农业机器人路径规划与实时同步定位系统，通过农业机器人搭载的工业相机采集周边环境的图像，同时使用红外测距传感器，对周边的障碍物距离进行采集。由于定位算法计算量较大，时间较长，不适合在农业机器人控制系统中处理。因此，通过网络通信将农业机器人采集到的环境信息实时发送给云端数据库，由云端服务器通过海量数据计算模块进行处理。农业机器人控制系统主要完成数据信息的采集，而云服务器则利用数据库保存参数信息，并结合云计算的高效计算，运用数学模型，进行地图更新、路径规划和实时定位等功能。
3大数据云架构的实现
农业机器人大数据云架构主要由云平台数据库、云计算、无线路由器、农业机器人、红外传感器和工业相机组成。农业机器人路径规划与实时定位系统根据红外测距传感器和工业相机采集的环境信息，结合机器人自身的移动方向等，通过无线路由器将参数信息采用TCP/IP的方式发送给云服务器;云服务器保存机器人的需求和环境参数，实现地图的搭建、更新，路径规划和实时定位等功能。大数据云架构采用华为公司的弹性云服务器ECS，该弹性云服务器采用16核CPU，内存高达64G，数据带宽可以达到10M，是一种可随时自助获取、可弹性伸缩的云服务器，具有可靠、安全、灵活、高效的特点。
4实验测试与结果分析
为了验证所提出的基于大数据的农业机器人路径规划与实时同步定位方法的有效性，根据云平台和农业机器人的性能参数，利用MatLab进行了仿真实验。
5结论
针对农业机器人避障和定位问题，设计了一种基于大数据的农业机器人路径规划与实时同步定位系统。系统采用大数据云平台，研究了单个小障碍物的避障策略，提出了避障路径规划算法和实时同步定位系统。MatLab仿真研究表明:该方法所研究的路径规划和实时定位可以避免农业机器人作业路径中的小障碍，有利于保证农业机器人的安全，能够为其他相关领域的避障路径规划提供参考。
参考文献:
[1]张衡.基于蚁群算法的多农业机器人路径规划研究[J].数字技术与应用，2017(6):147-149.
[2]袁加红.水稻插秧机最优覆盖路径规划研究[D].合肥:安徽农业大学，2016.
[3]楼晓春，谢宇.一种基于虚拟力的多机器人编队控制系统[J].中国机械工程，2014，25(24):3294-3297.
[4]陈恩水.机器人避障路径优化模型[J].南通职业大学学报，2013(3):53-57.
[5]艾渊.浅论基于大数据的客服机器人系统研究[J].电子世界，2017(17):103.
转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/dzlw/21826.html
