The land used for grazing cattle takes up about one-third of the land in the United States. These areas can be highly rugged. Yet, they need to be maintained to prevent weeds from taking over the nutritious grassland. This can be a daunting task especially in the case of organic farming since herbicides cannot be used. In this paper, we present the design of Cowbot, an autonomous weed mowing robot for pastures. Cowbot is an electric mower designed to operate in the rugged environments on cow pastures and provide a cost-effective method for weed control in organic farms. Path planning for the Cowbot is challenging since weed distribution on pastures is unknown. Given a limited field of view, online path planning is necessary to detect weeds and plan paths to mow them. We study the general online path planning problem for an autonomous mower with curvature and field of view constraints. We develop two online path planning algorithms that are able to utilize new information about weeds to optimize path length and ensure coverage. We deploy our algorithms on the Cowbot and perform field experiments to validate the suitability of our methods for real-time path planning. We also perform extensive simulation experiments which show that our algorithms result in up to 60 % reduction in path length as compared to baseline boustrophedon and random-search based coverage paths.


翻译:牧牛用地占美国土地的三分之一左右。 这些地区可能非常崎岖。 但是, 需要加以维持, 以防止杂草接管富有营养的草地。 这可能是一项艰巨的任务, 特别是有机耕作, 因为不能使用除草剂。 在本文中, 我们介绍Cowbot的设计, 这是一种自主的除草机, 用于牧场。 Cowbot 是一台电动割草机, 用于在牛牧场上崎岖不平的环境里操作, 并为有机农场的杂草控制提供一种成本效益高的方法。 Cowbot 的道路规划具有挑战性, 因为草场上的杂草分布并不为人所知。 鉴于观察范围有限, 在线路径规划是必要的, 以探测除草剂, 并规划除草的路径。 我们研究一个具有弯曲和视野限制的自制的自制除草机的一般在线路径规划问题。 我们开发了两种在线路径规划算法, 能够利用有关杂草的新信息来优化路径长度, 并确保覆盖。 我们在Cowbot上应用我们的算法, 并且进行实地实验, 进行60 模拟实验, 来验证我们的底基实验, 来验证我们的方法, 来验证我们如何推算。

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