虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人操作中的應(yīng)用

來源:投稿網(wǎng) 時(shí)間:2022-10-20 09:59:58

虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬技術(shù)主要包括感知、自然技能、仿真模型和傳感技術(shù)，具有多重感知、存在感、交互性和自主性等重要特征。它可以根據(jù)計(jì)算機(jī)和圖像技術(shù)來虛擬模式世界，就像一個(gè)真實(shí)的環(huán)境。以下將全面研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人操作中的應(yīng)用，重點(diǎn)研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用原理和功能方向。

1.技術(shù)綜述虛擬現(xiàn)實(shí)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為控制核心，結(jié)合圖像仿真系統(tǒng)、人機(jī)交換系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)。通過一系列模糊的數(shù)據(jù)處理，將特定的信息轉(zhuǎn)化為模擬的真實(shí)環(huán)境。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的操作，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，讓用戶有一種身臨其境的感覺。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在系統(tǒng)設(shè)置過程中實(shí)現(xiàn)的模型如下，如圖1所示，可以在模擬的三維世界中設(shè)置不同的場景，從而達(dá)到虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬技術(shù)的不同使用效果。近年來，隨著農(nóng)業(yè)研究的加強(qiáng)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行中的應(yīng)用解決了許多操作問題，也使農(nóng)業(yè)機(jī)器人更加實(shí)用。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有更理想的操作和控制效果，可以取代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的人工采摘操作。

2.軟硬件設(shè)計(jì)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人手遙操作。

2.1硬件設(shè)計(jì)。

硬件設(shè)計(jì)包括人機(jī)接口系統(tǒng)和手動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分，其中人機(jī)接口系統(tǒng)由三部分組成：VR環(huán)境、顯示模塊和控制按鈕。VR環(huán)境主要是指模擬農(nóng)業(yè)機(jī)器人的工作環(huán)境。現(xiàn)場模擬后，它直接顯示在終端設(shè)備上。對于操作員來說，它可以有一個(gè)目的和一個(gè)方向來操作。在控制界面中，控制按鈕的應(yīng)用主體是操作員，操作員通過獲取數(shù)據(jù)信息來完成控制任務(wù)。手動(dòng)控制系統(tǒng)細(xì)分圖像處理、手動(dòng)控制設(shè)備、上位機(jī)器等。系統(tǒng)的操作過程如下：借助攝像機(jī)獲取和處理圖像信息，然后將信息傳輸回主控制器，并在人機(jī)接口系統(tǒng)的幫助下進(jìn)行信息控制；上位機(jī)器收集運(yùn)動(dòng)信息并將信息傳輸?shù)街骺刂破鳎詈髮⑿畔鬏數(shù)饺藱C(jī)接口系統(tǒng)。

2.2軟件設(shè)計(jì)。

在模塊化編程理念的指導(dǎo)下，主要程序被細(xì)分為多個(gè)子程序（圖像處理、信息分析、手動(dòng)驅(qū)動(dòng)、上位機(jī)）。通過子程序的初始化操作顯示了功能。具體步驟如下：開始→初始化→啟動(dòng)操作界面→關(guān)閉→結(jié)束，或開始→初始化→啟動(dòng)操作界面→掃描輸出數(shù)據(jù)→輸入信號(hào)→相應(yīng)編號(hào)→掃描輸出數(shù)據(jù)，執(zhí)行相應(yīng)的程序。

3農(nóng)業(yè)機(jī)器人操作中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用。

3.1模擬平臺(tái)結(jié)構(gòu)農(nóng)業(yè)機(jī)器人。

在虛擬現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的操作設(shè)計(jì)首先需要構(gòu)建農(nóng)業(yè)機(jī)器人的模擬平臺(tái)。包括農(nóng)業(yè)機(jī)器人在使用過程中的功能，并根據(jù)主要功能對機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。最大限度地模擬機(jī)器人的各個(gè)部分，提高后續(xù)使用過程的合理性。在構(gòu)建農(nóng)業(yè)機(jī)器人的模擬平臺(tái)時(shí)，分別針對農(nóng)業(yè)機(jī)器人在不同使用功能中所需的信息模擬功能進(jìn)行獨(dú)立分析，并根據(jù)最終計(jì)算結(jié)果進(jìn)行輸入控制。通過模擬平臺(tái)結(jié)構(gòu)，為后續(xù)功能提供良好的基本條件。在構(gòu)建農(nóng)業(yè)機(jī)器人模擬平臺(tái)的過程中，對真實(shí)使用環(huán)境進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，模擬農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用環(huán)境。這樣，就可以更好地滿足真實(shí)操作環(huán)境的需要，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用效果。農(nóng)業(yè)機(jī)器人器人模擬平臺(tái)后，演示下一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)操作環(huán)境，分析農(nóng)業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)中存在的功能問題，進(jìn)一步優(yōu)化問題，提高農(nóng)業(yè)機(jī)器人在操作環(huán)境中的適應(yīng)性。具體來說，在計(jì)算機(jī)軟件模擬的基礎(chǔ)上，從幾何環(huán)境和運(yùn)動(dòng)學(xué)兩個(gè)方面構(gòu)建了數(shù)學(xué)分析模型，以準(zhǔn)確地操作農(nóng)業(yè)機(jī)器人。通常，三維模擬軟件3DMAX可以自由定義空間坐標(biāo)、風(fēng)景大小、風(fēng)景顏色等方面，充分利用數(shù)據(jù)庫，整合開發(fā)平臺(tái)，完成部件特性調(diào)整目標(biāo)，使農(nóng)業(yè)機(jī)器人的基關(guān)節(jié)點(diǎn)和坐標(biāo)原點(diǎn)一對一，為下一個(gè)靈活的操作做好準(zhǔn)備。接下來，建立一個(gè)運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，用于指導(dǎo)遠(yuǎn)程操作，大大提高遠(yuǎn)程控制的有效性，使農(nóng)業(yè)機(jī)器人能夠自由調(diào)節(jié)，靈活移動(dòng)。

3.2虛擬操作農(nóng)業(yè)機(jī)器人。

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對農(nóng)業(yè)機(jī)器人進(jìn)行虛擬操作，通過觀察農(nóng)業(yè)機(jī)器人機(jī)械手臂在虛擬空間中的運(yùn)動(dòng)映射點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)情況，為農(nóng)業(yè)機(jī)器人操作中的力學(xué)優(yōu)化提供參數(shù)。同時(shí)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬農(nóng)業(yè)機(jī)器人使用的不同場景，包括使用過程中可能遇到的緊急情況，以及環(huán)境中對農(nóng)業(yè)機(jī)器人的不利因素。考慮到農(nóng)業(yè)機(jī)器人在不同場景環(huán)境中使用中存在的問題，通過模擬操作的方法，了解農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用性能，并進(jìn)行更深層次的優(yōu)化。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用環(huán)境比較特殊，在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中，雖然所有的機(jī)械參數(shù)都能達(dá)到最好的效果，但是還是有一些不合理的部分。對于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，可以在原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上模擬更真實(shí)的操作環(huán)境，同時(shí)對農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用性能進(jìn)行判斷，從而進(jìn)一步加強(qiáng)后期的使用。設(shè)置農(nóng)業(yè)機(jī)器人操作試驗(yàn)，有機(jī)連接硬件和軟件系統(tǒng)，并通過條件變換獲得目標(biāo)參數(shù)。設(shè)置條件總結(jié)如下:適當(dāng)調(diào)試攝像頭工具和智能接口；合理編制圖像識(shí)別、數(shù)據(jù)信息傳輸、監(jiān)控等程序；視頻信息與虛擬現(xiàn)實(shí)操作之間的有機(jī)協(xié)調(diào)，以確保虛擬現(xiàn)實(shí)操作的一致性。在實(shí)驗(yàn)過程中，對農(nóng)業(yè)機(jī)器人的移動(dòng)、定位、獲取、返回等系列操作進(jìn)行全過程監(jiān)控。根據(jù)數(shù)據(jù)信息的有效獲取和詳細(xì)分析，我們可以知道機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)效果。最后，比較實(shí)際實(shí)施效果和設(shè)計(jì)目標(biāo)，確認(rèn)農(nóng)業(yè)機(jī)器人操作中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的可行性。

4結(jié)語

未來將繼續(xù)完善VR技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人操作中的研究和應(yīng)用。在目前的技術(shù)研究（連接第10頁）中，可以充分解決農(nóng)業(yè)機(jī)器人使用中遇到的環(huán)境問題，大大提高了農(nóng)業(yè)機(jī)器人使用中存在的功能缺陷。在未來的技術(shù)研發(fā)中，將重點(diǎn)反映VR技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人操作中的仿生特性，不斷優(yōu)化存在的問題，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)中功能的優(yōu)化和完善，從而解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的問題。