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厘米级分辨率农田点云机器人仿真
发布时间：
2025-04-16
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全球人口增长和气候变化推动了对机器人农业自动化的需求。为了有效地评估和开发不局限于生长季节的农业机器人，开发了一种可在农田 3D 点云模型上快速运行的动力学模拟器。 由于航空摄影技术的进步，点云模型已广泛应用于近期的农业研究。因此，该模拟器可以轻松应用于许多农业领域。为了加快密集点云模型上的动力学计算，开发了一种使用网格表快速检测碰撞点的方法，以及一种计算点与机器人网格之间碰撞力的方法。在由 1.7 × 106 个点表示的农田模型（31 × 14 m²）上评估了模拟器的性能。模拟的计算时间比实时快 8.8 倍，与实际机器人运动相比，模拟精度在均方根误差（RMSE）中为 ∼ 1 厘米。本研究中的模拟器能够在厘米分辨率农田点云模型上快速计算和准确预测机器人运动，支持不限于生长季节的农业机器人研究。
图1 基于航拍影像生成农田三维点云模型高速仿真技术及应用。
图2 机器人与农业田间的形态模型。
图3 模拟计算流程。
图4 机器人网格和点云之间的碰撞检测。
图5 机器人网格和点云数据之间的接触力。
图6 关节之间的几何关系。
图7 关节之间的动态平衡。
图8 关于模拟时间步长的计算稳定性。
图9 实际现场与模拟中的机器人运动对比。
图10 当地面的粘弹性发生变化时，模拟机器人位置和实际机器人位置之间的 RMSE 分布。
S. Noda, M. Kogoshi and W. Iijima, Robot Simulation on Agri-Field Point Cloud With Centimeter Resolution. IEEE Access, 2025, 13, 14404-14416.
编辑
王春颖
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