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1 农业生产的自动化和机器人化1

1.1　什么是农业机械1

1.2　从农业机械到农业机器人3

1.2.1　农业机器人的定义3

1.2.2　农业机器人的历史与作用4

1.2.3　利用机器人的新式农业生产6

2　机器视觉9

2.1　农业机器人的机器视觉9

2.2　对象的光学特性12

2.3　机器视觉系统15

2.3.1　能量的流动15

2.3.2 照明16

2.3.3　摄像元件和摄像机28

2.3.4　从摄像机到PC的图像数据传送34

2.4　机器视觉软件35

2.4.1 颜色变换35

2.4.2 前处理41

2.4.3　二值图像的特征量测量46

2.4.4　纹理特征量53

2.4.5 位置检测56

2.4.6　识别算法58

2.5　来自机器视觉的信息62

2.5.1 X射线图像62

2.5.2 紫外图像63

2.5.3 彩色图像63

2.5.4 灰度图像64

2.5.5　近红外图像65

2.5.6　太赫兹波图像65

2.5.7　高光谱图像66

2.5.8　遥感图像67

2.5.9 三维图像68

2.5.10　其他断层图像70

习题70

3　末端执行器与机械臂71

3.1　农业机器人的末端执行器与机械臂71

3.2　对象物体的特性72

3.2.1 物理特性72

3.2.2 栽培方式77

3.3　驱动器（传动装置）81

3.3.1 电气式81

3.3.2 液压式83

3.3.3 气动式84

3.3.4 SMA驱动器85

3.4　传感器85

3.4.1 微动开关85

3.4.2　光电传感器86

3.4.3 电位计86

3.4.4 编码器88

3.4.5　超声波传感器89

3.4.6　PSD90

3.4.7　激光测距仪91

3.4.8 应变片92

3.4.9　压力传感器93

3.4.10　红外传感器94

3.5　末端执行器94

3.5.1　末端执行器的机构94

3.5.2　末端执行器的功能103

3.5.3　末端执行器的检测功能104

3.6 机械臂111

3.6.1　机械臂的基本机构111

3.6.2 机械臂的种类及所适合的栽培方式112

3.6.3 操作性116

3.6.4　冗余自由度机械臂118

3.6.5　机械臂的安全性120

习题122

4 车辆自动化123

4.1　野外车辆自动化123

4.1.1 车辆自动化的构成要素123

4.1.2 车辆自动化必需的机电知识124

4.1.3　下一代机器人化技术125

4.1.4 地面力学和非线性运动系统127

4.2　导航传感器128

4.2.1 GPS128

4.2.2　超声波传感器133

4.2.3 激光134

4.2.4　地磁方位传感器134

4.2.5　视觉传感器137

4.2.6 陀螺仪141

4.2.7 埋设电线143

4.3　车辆运动建模144

4.3.1　轮式车辆的建模144

4.3.2　履带车辆的建模148

4.3.3　步行车辆的建模149

4.3.4　直升机的建模150

4.3.5　基于卡尔曼滤波器的状态估计154

4.4　车辆控制方法156

4.4.1　古典控制156

4.4.2　现代控制159

4.4.3 自适应控制·学习控制160

4.5　作业规划·路径规划161

4.5.1　传统作业法和机器人作业法161

4.5.2　路径生成法161

4.5.3　作业规划的最优化166

4.6　安全性与避障169

4.6.1 车辆自动驾驶的安全性169

4.6.2 自诊断机能170

4.6.3 障碍物检出方法与回避动作171

4.7　多智能体系统173

4.7.1 综合系统与自主分散系统173

4.7.2 网络机器人174

4.7.3 基于协调动作的农作业高效化175

习题178

参考文献180

习题答案192

索引195