CSBE-SCGAB

Isolation of Vibrations Transmitted to a LIDAR Sensor Mounted on an Agricultural Vehicle to Improve Obstacle Detection.

Authors: Periu, C.F., A. Mohsenimanesh, C. Laguë and N.B. McLaughlin
Description: LIDAR (LIght Detection And Ranging) technology can be used on autonomous agricultural vehicles for guidance and obstacle detection purposes. However, the quality of LIDAR measurements can be affected by mechanical vibrations induced by the operation of these vehicles on uneven terrain. The objective of this study was to develop a stabilizing system and to evaluate its effectiveness at reducing the transmission of mechanical vibrations to a LIDAR sensor installed on an agricultural tractor for the purpose of reducing the positioning error of obstacles during field operation. Special support bars (S) and stabilization system (SS) were designed for a SICK LMS 291-S14 LIDAR sensor mounted on an agricultural tractor. The positioning error of the sensor was assessed in field experiments by determining the difference between the known location of obstacles and their corresponding estimated locations from the sensor measurements. Increasing tractor speed had a negative effect on the accuracy of the sensor with an increase in the positioning error of up to 27%. The addition of the S system positively affected the accuracy of the sensor and resulted in a 41% decrease of the average positioning error from 340 to 201 mm. Finally, the addition of the SS system decreased the average positioning error by 57% from 382 to 161 mm.
Keywords: Laser Measurement System, object detection, vibrations, stabilization system, autonomous, vehicles, safety.
Résumé: On fait appel à la technologie LIDAR (détection et télémétrie par ondes lumineuses) pour assurer la navigation de véhicules autonomes ainsi que pour détecter de possibles obstacles. Dans le cas d’applications agricoles, les vibrations induites par les machines ainsi que par leur opération en terrain accidenté peuvent affecter l’efficience des systèmes LIDAR de façon négative. Cette étude visait à évaluer l’efficacité d’un système de montage et de stabilisation spécialement conçu pour réduire la transmission de ces vibrations à un capteur LIDAR installé sur un tracteur agricole dans le but de réduire les erreurs de localisation d’obstacles au champ. Des barres de support (S) et un système de stabilisation (SS) spécialisé ont été développés pour un capteur LIDAR SICK LMS 291-S14 utilisé pour la détection de quatre obstacles placés à différents endroits dans des champs agricoles. Un protocole expérimental a été mis en place pour évaluer les erreurs de localisation d’obstacles détectés par le capteur sous différentes conditions de terrain et d’opération. Ces erreurs de localisation ont été déterminée à partir de la différence entre la position exacte des quatre obstacles et leurs positions estimées correspondantes telles que déterminées par le capteur. Les résultats obtenus ont démontré que l’accroissement de la vitesse d’opération du tracteur a résulté en une réduction de la précision du capteur en raison d’un accroissement de l’erreur de positionnement atteignant 27%. L’ajout du système de support S a permis de réduire la valeur moyenne de l’erreur de positionnement de 41% (de 340 à 201 mm). Enfin, l’utilisation du système de stabilisation SS a résulté en une réduction de l’erreur de positionnement moyenne de 382 à 161 mm ou 57%.
Mots-clés: système de détection au laser, détection d’obstacles, vibrations, système de stabilisation, autonome, véhicules, sécurité.
Technical field: Machinery Systems Engineering
Citation: Periu, C.F., A. Mohsenimanesh, C. Laguë and N.B. McLaughlin. 2013. Isolation of Vibrations Transmitted to a LIDAR Sensor Mounted on an Agricultural Vehicle to Improve Obstacle Detection. Canadian Biosystems Engineering 55: 2.33-2.42.
Volume: 55
Issue: 1
Start page number: 2.33
End page number: 2.42
Publisher: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Date: December 31, 2013
Publication type:
  • Journal
Type: Text.Article
Format: PDF
Identifier: C13155.pdf
Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Biosystems Engineering/Le génie des biosystèmes au Canada
Located in: Volume 55 (2013)