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 PSD 90
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 GPS 128
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