果园环境下移动采摘机器人导航路径优化

胡广锐，孔微雨，齐 闯，张 硕，卜令昕，周建国，陈 军

（西北农林科技大学机械与电子工程学院，杨凌 712100）

0 引言

随着智慧农业的不断发展，智能化机器人技术被广泛应用于果园除草、剪枝、套袋、收获等作业环节，有效地减轻了果农的劳动强度，提高了作业效率与质量[1-4]。机器人在果园等非结构化的环境下行间行驶的安全性是研究重点，合理、可靠、安全的导航路径规划方法是保证机器人安全行驶的重要手段之一[5-6]。

导航路径规划根据获取环境信息的完整性分为局部路径规划与全局路径规划[1,7-8]。全局路径规划算法需要环境的整体信息，如田块形状、大小等[9]。局部路径规划只需要机器人附近的环境信息就能完成路径规划[10]。因此，完成局部路径规划可分为两步，一是环境感知，使用传感器获取机器人周围的环境信息；二是规划路径，根据传感器获得的信息，使用优化算法，规划出一条合理、安全的行驶路径。

局部路径规划注重路径的安全性与实时性，其典型算法包括A*算法[11-12]、人工势场法[13-14]、粒子群算法[15-16]等。近年来，随着传感器技术的进步，学者们基于机器视觉[17-20]或激光雷达[21-24]进行了农业机器人路径规划的相关研究。李秀智等[25]通过相机获取田间作物行信息，基于随机采样一致性（Random Sample Consensus, RANSAC）算法剔除离群点，使用最小二乘法（Least Squares Method, LSM）提取导航路径，路径检测率可达93.8%。陈子文等[26]基于自动霍夫（Hough）变换累加阈值法提高了作物行提取的鲁棒性与适用性。激光雷达传感器能精准地获取环境的距离信息，且具有很强的抗干扰能力[27]。……