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农业机器人操作VR技术思考

作者:admin 来源:未知 日期:2020-11-20 08:38人气:
【摘要】农业机器人的研发与设计,解决了农业生产中的许多操作性难题。将VR技术运用在农业机器人操作中,也是近年来科研领域中重点突破的技术性问题。本文以此为背景,重点论述虚拟现实技术的功能特征,并结合农业机器人的仿真平台,构建探讨VR技术在农业机器人操作中的运用形式,帮助提升农业机器人仿真操作的稳定性。
 
【关键词】VR技术;农业机器人;仿真
 
VR虚拟现实技术具有多感知性、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、仿真模型及传感技术等,能够依据计算机和图像技术,虚拟出如同真实环境的模式世界。下面将针对VR技术在农业机器人操作中的应用进行全面研究,重点探讨VR技术的运用原理以及功能方向。
 
1虚拟现实技术综述
 
虚拟现实技术是以计算机为控制核心,结合图像仿真系统人机交换系统以及运动识别系统、传感系统。通过一系列的模糊数据处理后,将特定的信息转变为模拟的真实环境。通过虚拟现实技术的操作,能够实现人机交互,使用户产生身临其境的感觉。在模拟出的三维世界中能够设置不同场景,从而达到VR虚拟技术的不同使用效果,虚拟现实技术在系统设置过程中实现的模型如下,见图1。近年来,随着农业科研力度不断加大,VR技术运用于农业机器人的操作中解决了许多操作难题,也使得农业机器人更具有实用性。基于VR技术所构建的农业机器人,在操作与控制中仿真效果更理想,能够在农业生产中替代人工采摘作业。
 
2农业机器人手遥操作软硬件设计
 
2.1硬件设计
 
硬件设计包括两部分,分别为人机接口系统部分和手控系统部分,其中人机接口系统由VR环境、显示模块、操控按钮三部分构成。VR环境主要指农业机器人作业环境的模拟,实景模拟后直接显示到终端设备上,对于操作者来说,能够有目的、有方向进行操作。控制界面、操控按钮的应用主体是操作人员,操作人员通过获取数据信息完成操控任务。手控系统细分图像处理、手控设备、上位机等内容,系统运行流程为:借助摄像机获取并处理图像信息,之后将信息传回到主控器,在人机接口系统辅助下进行信息操控;上位机针对运动信息搜集,并传递信息于主控器,最后信息输送至人机接口系统。
 
2.2软件设计
 
在模块化编程思想引导下,将主程序细分呈多个子程序(图像处理、信息分析、手动驱动、上位机),经子程序初始化操作进行功能显现,具体步骤为:开始→初始化→启动操作界面→关闭→结束,或者开始→初始化→启动操作界面→扫描输出数据→输入信号→对应编号→扫描输出数据、执行相应程序。
 
3虚拟现实技术在农业机器人操作中的运用
 
3.1农业机器人仿真平台结构
 
基于虚拟现实基础上,对农业机器人进行操作设计,首先需要对农业机器人的仿真平台进行构建。包括农业机器人使用过程中的功能,根据主要功能需要对机器人进行运动学分析。对机器人的各组成部分最大程度仿真,提升后续使用过程中的合理性。对农业机器人的仿真平台进行构建中,分别针对视觉、力觉与听觉三个部分进行,针对农业机器人在不同使用功能中所需要的信息仿真功能,分别针对上述功能模块进行独立分析,基于最终的计算结果进行输入控制。通过仿真平台结构,为后续功能实现提供良好的基础条件。在农业机器人仿真平台构建过程中,模拟真实的使用环境进行实验。将VR技术引入其中,对农业机器人的使用环境进行模拟。这样在仿真平台构建中更能够符合真实的操作环境,对农业机器人的使用达到更好的操作调试效果。农业机器人仿真平台构建后,对接下来的VR操作环境进行演示,分析农业机器人设计中存在的功能性问题,针对所表现出的问题进一步优化,提升农业机器人在操作环境中的适应力。具体来说,基于计算机软件仿真模拟,从几何环境、运动学这两方面构建数学分析模型来准确操作农业机器人。正常来说,三维仿真软件3DMAX在空间坐标、景物大小、景物颜色等方面自由定义,充分利用数据库、集成开发平台完成构件特性调整目标,让农业机器人基关节点与坐标原点的一一对应,为接下来灵巧操作做准备。接下来构建运动学数学模型,该模型用来指导遥操作,大大提高遥控有效性,使农业机器人自由调整、灵活移动。
 
3.2农业机器人虚拟操作
 
基于VR技术对农业机器人进行虚拟操作,通过观察运动映射点以及农业机器人机械手臂在虚拟空间中的运动情况,对农业机器人操作中的力学优化提供参数。同时,利用VR虚拟现实技术,模拟农业机器人使用的不同场景,包括在使用过程中可能会遇到的突发情况,以及环境中对农业机器人的不利因素。考虑在不同场景环境中,农业机器人使用存在的问题,通过模拟操作的方法,了解农业机器人的使用性能,并作出更深入的优化。农业机器人的使用环境比较特殊,在实验室设计中,虽然各力学参数都能达到最佳效果,但其中仍然可能会存在不合理部分。对此运用VR技术,能够在原有设计基础上,模拟出更真实的操作环境,同时对农业机器人的使用性能做出判断,并针对后期使用中,可能会涉及到的问题进一步强化。设置农业机器人操作试验,将硬件、软件系统有机连接,经条件变换得知目标参数。设置条件总结为:摄像工具、智能接口适当调试;图像识别、数据信息传递、监控等程序合理编制;视频信息与虚拟现实操作有机协调,保证虚拟现实作业连贯性。试验过程中,全过程监控农业机器人移动、定位、拿取、归位等系列化操作,针对数据信息有效获取、细致分析,得知机器人动作执行效果。最后对比实际执行效果与设计目标,证实虚拟现实技术在农业机器人操作中的可行性。
 
4结语
 
VR技术在农业机器人操作中的研究与应用,未来将不断完善,当前技(上接第10页)术研究中,已经能够针对农业机器人使用中遇到的环境问题充分解决,大幅度提升了农业机器人使用中存在的功能弊端问题。未来技术研发中,将重点体现出VR技术在农业机器人操作中的仿生特征,不断优化现存问题,实现农业机器人设计中功能的优化与完善,从而解决农业生产中的难题。
 
参考文献
 
[1]左志强,胡世云,梁建奇等.基于计算机图形学及VR技术的新型场景再现系统的研究[J].电脑与信息技术,2019,27(2):24-26.
 
[2]张朝辉,吴海云,黄舞记等.基于STM32单片机的农业机器人GPS/北斗定位系统设计[J].农技服务,2019(5):52-53.
 
[3]施俊丹.精彩的"混搭"r——机器人与3D打印、VR和新材料技术的结合[J].大飞机,2018(3):17-19.
 
[4]郑庆伟.中国农大工学院召开农业机器人技术发展研讨会[J].农药市场信息,2018(29):54.
 
作者:刘茹敏 张洪强 单位:沧州职业技术学院电气工程系

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