Orchards demand large areas of land, thus they are often situated far from major population centres. As a result it is often difficult to obtain the necessary personnel, limiting both growth and productivity. However, if autonomous robots could be integrated into the operation of the orchard, the manpower demand could be reduced. A key problem for any autonomous robot is localisation; how does the robot know where it is? In agriculture robots, the most common approach is to use GPS positioning. However, in an orchard environment, the dense and tall vegetation restricts the usage to large robots that reach above the surroundings. In order to enable the use of smaller robots, it is instead necessary to use a GPS independent system. However, due to the similarity of the environment and the lack of strong recognisable features, it appears unlikely that typical non-GPS solutions will prove successful. Therefore we present a GPS independent localisation system, specifically aimed for orchards, that utilises the inherent structure of the surroundings. Furthermore, we examine and individually evaluate three related sub-problems. The proposed system utilises a 3D point cloud created from a 2D LIDAR and the robot’s movement. First, we show how the data can be segmented into individual trees using a Hidden Semi-Markov Model. Second, we introduce a set of descriptors for describing the geometric characteristics of the individual trees. Third, we present a robust localisation method based on Hidden Markov Models. Finally, we propose a method for detecting segmentation errors when associating new tree measurements with previously measured trees. Evaluation shows that the proposed segmentation method is accurate and yields very few segmentation errors. Furthermore, the introduced descriptors are determined to be consistent and informative enough to allow localisation. Third, we show that the presented localisation method is robust both to noise and segmentation errors. Finally it is shown that a significant majority of all segmentation errors can be detected without falsely labeling correct segmentations as incorrect. / Eftersom fruktodlingar kräver stora markområden är de ofta belägna långt från större befolkningscentra. Detta gör det svårt att finna tillräckligt med arbetskraft och begränsar expansionsmöjligheterna. Genom att integrera autonoma robotar i drivandet av odlingarna skulle arbetet kunna effektiviseras och behovet av arbetskraft minska. Ett nyckelproblem för alla autonoma robotar är lokalisering; hur vet roboten var den är? I jordbruksrobotar är standardlösningen att använda GPS-positionering. Detta är dock problematiskt i fruktodlingar, då den höga och täta vegetationen begränsar användandet till större robotar som når ovanför omgivningen. För att möjliggöra användandet av mindre robotar är det istället nödvändigt att använda ett GPS-oberoende lokaliseringssystem. Detta problematiseras dock av den likartade omgivningen och bristen på distinkta riktpunkter, varför det framstår som osannolikt att existerande standardlösningar kommer fungera i denna omgivning. Därför presenterar vi ett GPS-oberoende lokaliseringssystem, speciellt riktat mot fruktodlingar, som utnyttjar den naturliga strukturen hos omgivningen.Därutöver undersöker vi och utvärderar tre relaterade delproblem. Det föreslagna systemet använder ett 3D-punktmoln skapat av en 2D-LIDAR och robotens rörelse. Först visas hur en dold semi-markovmodell kan användas för att segmentera datasetet i enskilda träd. Därefter introducerar vi ett antal deskriptorer för att beskriva trädens geometriska form. Vi visar därefter hur detta kan kombineras med en dold markovmodell för att skapa ett robust lokaliseringssystem.Slutligen föreslår vi en metod för att detektera segmenteringsfel när nya mätningar av träd associeras med tidigare uppmätta träd. De föreslagna metoderna utvärderas individuellt och visar på goda resultat. Den föreslagna segmenteringsmetoden visas vara noggrann och ge upphov till få segmenteringsfel. Därutöver visas att de introducerade deskriptorerna är tillräckligt konsistenta och informativa för att möjliggöra lokalisering. Ytterligare visas att den presenterade lokaliseringsmetoden är robust både mot brus och segmenteringsfel. Slutligen visas att en signifikant majoritet av alla segmenteringsfel kan detekteras utan att felaktigt beteckna korrekta segmenteringar som inkorrekta.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:liu-97374 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Jagbrant, Gustav |
| Publisher | Linköpings universitet, Institutionen för systemteknik, Linköpings universitet, Tekniska högskolan |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0027 seconds