專利名稱：自主式溫室移動平臺循墻行走超聲導(dǎo)航裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的行走導(dǎo)航裝置，特別是一種利用超聲原 理制作的自主式溫室移動平臺循墻行走超聲導(dǎo)航裝置。
背景技術(shù)：
隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，溫室技術(shù)有著獨(dú)特的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。溫室技術(shù)的 引入，可以大大提高勞動生產(chǎn)效率，改善勞動條件。導(dǎo)航技術(shù)作為溫室用移動平臺的核心技 術(shù)成為研究熱點(diǎn)。目前，自主式移動平臺的導(dǎo)航方式主要有電磁導(dǎo)航、磁帶導(dǎo)航、光導(dǎo)航等 幾種形式。其中，電磁導(dǎo)航要求施工安裝設(shè)備，工作量大，而且難以改變路徑；而光導(dǎo)航對地 面和環(huán)境要求比較嚴(yán)格，需要地面特別干凈且平整，以保證光通信好的正確與穩(wěn)定，在有水 霧或有透明墻的壁溫室內(nèi)無法正常工作。其他還存在著測量精度低，可靠性差，易受外界影 響等問題。這些問題都給自主式移動平臺的導(dǎo)航帶來了不便。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，專利申請公開號CN201494328U，名稱自動導(dǎo)航 小車，該技術(shù)自述自動導(dǎo)航小車包含小車部分和引導(dǎo)部分，小車部分由車體、電控箱、中央 控制器、電池組、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、懸掛機(jī)構(gòu)、路面磁條信號傳感器、路面RFI D射頻識別標(biāo)簽卡讀 寫器、防撞機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。引導(dǎo)部分由敷設(shè)在路面上的磁條和RFID射頻識別標(biāo)簽卡組成在車 體上安裝路面磁條信號傳感器，在車體上安裝路面RFID射頻識別標(biāo)簽卡讀寫器，路面磁條 信號傳感器與中央控制器的AD模塊進(jìn)行直接連接，將路面磁條信號傳感器輸出的模擬信 號進(jìn)行處理。由于其導(dǎo)航方式采用就地磁條的導(dǎo)航方式，存在著對地面環(huán)境要求高，要求施 工量大，地面裝置易受損的不足。又發(fā)現(xiàn)，專利申請公開號101425705 ；名稱自動引導(dǎo)小車的無接觸供電及導(dǎo)航 裝置，該技術(shù)自述無接觸供電電纜鋪設(shè)于AGV行駛路面的坑道中，工頻動力電經(jīng)過無接 觸供電電力柜變換成高頻正弦交流電加載到無接觸供電電纜，無接觸供電電纜和無接觸供 電取電器發(fā)生電磁感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢再經(jīng)過無接觸供電取電器變換后給AGV的電機(jī) 部分和磁導(dǎo)航裝置供電，磁導(dǎo)航裝置檢測由無接觸供電電纜產(chǎn)生的磁場并做出判斷從而給 AGV導(dǎo)航。其導(dǎo)航方式采用電磁導(dǎo)航方式，存在著要求施工量大，難以改變路徑的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供了一種自主式溫室移動平臺循 墻行走超聲導(dǎo)航裝置。本發(fā)明具備了農(nóng)業(yè)設(shè)施溫室大棚環(huán)境下自主式移動平臺的準(zhǔn)直導(dǎo)航 功能，本發(fā)明的導(dǎo)航裝置性價(jià)比高，適用于有水霧或有透明墻壁的溫室行走導(dǎo)航。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括由前端測量點(diǎn)超聲波傳感器、后端測量點(diǎn)超聲波傳感器、兩個(gè)信號調(diào) 理與變送模塊、微處理器模塊、轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置組成，在移動平臺一側(cè)前后兩端各設(shè)有前端測 量點(diǎn)超聲波傳感器和后端測量點(diǎn)超聲波傳感器，前端測量點(diǎn)超聲波傳感器和后端測量點(diǎn)超 聲波傳感器分別各自連接到信號調(diào)理與變送模塊，兩個(gè)信號調(diào)理與變送模塊通過第一根通
3信總線再連接到微處理器模塊，微處理器模塊再通過第二根通信總線以串行方式與轉(zhuǎn)向驅(qū) 動裝置連接。所述的第一根通信總線采用RS232通信總線；第二根通信總線采用RS485通信總 線。所述的超聲波傳感器由超聲波發(fā)射器、超聲波接收器、超聲波驅(qū)動電路和超聲波 接收電路組成，超聲波發(fā)射器接收超聲波驅(qū)動電路發(fā)來的經(jīng)整形放大的方波信號，發(fā)出指 定頻率的超聲波，超聲波接收器接收該指定頻率的超聲波并將信號傳給超聲波接收電路， 由超聲波接收電路向信號調(diào)理與變送模塊發(fā)送信號。所述的前端測量點(diǎn)超聲波傳感器、后端測量點(diǎn)超聲波傳感器分別安裝在移動平臺 側(cè)面的在前端測量點(diǎn)和后端測量點(diǎn)兩個(gè)測量點(diǎn)上，固定的間距(V兩組超聲波傳感器，分別 測量前后兩測量點(diǎn)與墻壁間的距離，將距離信息傳送到微處理器模塊，由微處理器模塊對 測得的兩距離信息進(jìn)行計(jì)算，算得相距為Cltl的兩測量點(diǎn)與參照物墻體的距離差，利用三角 函數(shù)方法得到小車的偏航角和偏航位移，再由RS485通信總線以串行方式控制轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝 置，對移動平臺進(jìn)行循墻導(dǎo)航。所述的信號調(diào)理與變送模塊，與超聲波傳感器直接相連，向超聲波驅(qū)動電路發(fā)送 方波信號，同時(shí)開啟計(jì)時(shí)器，信號調(diào)理與變送模塊接收到超聲波接收電路的信號后開啟中 斷，停止計(jì)時(shí)器并讀取時(shí)間，計(jì)算距離，通過RS232通信總線將距離信息傳送給微處理器模 塊。所述的微處理器模塊采用51處理器，由RS232接口接收信號調(diào)理與變送模塊傳送 來的距離信息，因?yàn)閮蓽y量距離與移動平臺側(cè)面和墻壁組成直角梯形結(jié)構(gòu)，所以根據(jù)兩測 量點(diǎn)的距離信息和測量點(diǎn)間距信息，利用控制算法計(jì)算出移動平臺的偏航角和偏航位移， 再根據(jù)偏航信息輸出導(dǎo)航控制信號，通過RS485接口利用串行通信傳送給轉(zhuǎn)向驅(qū)動控裝置。本發(fā)明由兩組超聲波傳感器分別測出移動平臺前后兩測量點(diǎn)與墻壁間的距離信 息，再經(jīng)信號調(diào)理與變送模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。RS232通信總線連接信號調(diào)理與變送模塊和微 處理器模塊，將處理后的信息以串行方式傳送到微處理器模塊，之后由微處理器模塊利用 控制算法對兩組傳感器測量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出小車的偏航角和偏航位移。繼而微處 理器模塊再通過RS485通信總線控制轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置，實(shí)現(xiàn)對移動平臺的循墻導(dǎo)航功能。本發(fā)明的有益效果是，適合農(nóng)業(yè)設(shè)施溫室大棚環(huán)境下自主式移動平臺的準(zhǔn)直導(dǎo)航 功能，定位精度較高，成本低，結(jié)構(gòu)實(shí)用可靠，搞干擾能力強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明的裝置外觀示意圖；圖2為本發(fā)明的工作原理示意圖；圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意圖；圖中1.前端測量點(diǎn)超聲波傳感器、2.信號調(diào)理與變送模塊、3. RS232通信總線、 4.后端測量點(diǎn)超聲波傳感器、5.微處理器模塊、6.RS485通信總線、7.轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置、8.電 機(jī)、9.移動平臺外殼、10.移動平臺、11.墻體。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例做詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前 提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例由前端測量點(diǎn)超聲波傳感器，后端測量點(diǎn)超聲波傳感器，信 號調(diào)理與變送模塊，RS232通信總線，微處理器模塊，RS485通信總線和轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置等組 成。其中兩組超聲波收發(fā)裝置1和4分別安裝在移動平臺側(cè)面的前端測量點(diǎn)和后端測量點(diǎn) 上，同時(shí)與各自的信號調(diào)理與變送模塊2相連，而信號調(diào)理與變送模塊2經(jīng)由RS232通信總 線3與微處理器模塊5相連，將信息傳給微處理器模塊5，由微處理器模塊5對所得數(shù)據(jù)進(jìn) 行計(jì)算，并通過RS485通信總線6控制移動平臺的轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置7。如圖2所示，在行進(jìn)過程中，前端測量點(diǎn)超聲波傳感器和后端測量點(diǎn)超聲波傳感 器發(fā)收超聲波信號，之后將信號傳給信號調(diào)理與變送模塊計(jì)算傳感器測得的距離，再利用 RS232通信總線將距離信息傳到微處理器模塊計(jì)算導(dǎo)航信息，由微處理器模塊通過RS485 通信總線控制轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置。如圖3所示，實(shí)施例中，前端測量點(diǎn)超聲波傳感器1和后端測量點(diǎn)超聲波傳感器4， 安裝在移動平臺10的相聚為Cltl的前后兩測量點(diǎn)上，通過發(fā)出和接收超聲波信號，分別測得 前端測量點(diǎn)與墻體11間的距離Cl1和后端測量點(diǎn)與墻體11間的距離d2的信息，并將該信息 送到對應(yīng)的信號調(diào)理與變送模塊中，經(jīng)由該信號調(diào)理與變送模塊，計(jì)算距離并將信號轉(zhuǎn)換 為數(shù)字量信號，通過串口通信，經(jīng)RS232通信總線將信息都傳到微處理器模塊中。微處理器 模塊利用送來的兩組距離數(shù)據(jù)得到Cl1和d2的信息和移動平臺側(cè)面前后兩測量點(diǎn)間距Cltl的 信息，可以算得相距Cltl的兩測量點(diǎn)與墻體的距離差，就可以利用三角函數(shù)算法進(jìn)一步算出 小車的偏航角和偏航位移，并利用計(jì)算得到的導(dǎo)航信息經(jīng)RS485通信總線以串行方式控制 移動平臺的轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置，對移動平臺進(jìn)行循墻導(dǎo)航。
權(quán)利要求
一種自主式溫室移動平臺循墻行走超聲導(dǎo)航裝置，其特征在于，包括由前端測量點(diǎn)超聲波傳感器、后端測量點(diǎn)超聲波傳感器、兩個(gè)信號調(diào)理與變送模塊、微處理器模塊、轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置組成，在移動平臺一側(cè)前后兩端各設(shè)有前端測量點(diǎn)超聲波傳感器和后端測量點(diǎn)超聲波傳感器，前端測量點(diǎn)超聲波傳感器和后端測量點(diǎn)超聲波傳感器分別各自連接到信號調(diào)理與變送模塊，兩個(gè)信號調(diào)理與變送模塊通過第一根通信總線再連接到微處理器模塊，微處理器模塊再通過第二根通信總線以串行方式與轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主式溫室移動平臺循墻行走超聲導(dǎo)航裝置，其特征是，所 述的第一根通信總線采用RS232通信總線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主式溫室移動平臺循墻行走超聲導(dǎo)航裝置，其特征是，第 二根通信總線采用RS485通信總線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主式溫室移動平臺循墻行走超聲導(dǎo)航裝置，其特征是，所 述的超聲波傳感器由超聲波發(fā)射器、超聲波接收器、超聲波驅(qū)動電路和超聲波接收電路組 成，超聲波發(fā)射器接收超聲波驅(qū)動電路發(fā)來的經(jīng)整形放大的方波信號，發(fā)出指定頻率的超 聲波，超聲波接收器接收該指定頻率的超聲波并將信號傳給超聲波接收電路，由超聲波接 收電路向信號調(diào)理與變送模塊發(fā)送信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主式溫室移動平臺循墻行走超聲導(dǎo)航裝置，其特征是，所 述的前端測量點(diǎn)超聲波傳感器、后端測量點(diǎn)超聲波傳感器分別安裝在移動平臺側(cè)面的在前 端測量點(diǎn)和后端測量點(diǎn)兩個(gè)測量點(diǎn)上，固定的間距do。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主式溫室移動平臺循墻行走超聲導(dǎo)航裝置，其特征是，所 述的信號調(diào)理與變送模塊與超聲波傳感器直接相連，向超聲波驅(qū)動電路發(fā)送方波信號，同 時(shí)開啟計(jì)時(shí)器，信號調(diào)理與變送模塊接收到超聲波接收電路的信號后開啟中斷，停止計(jì)時(shí) 器并讀取時(shí)間，計(jì)算距離，通過RS232通信總線將距離信息傳送給微處理器模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主式溫室移動平臺循墻行走超聲導(dǎo)航裝置，其特征是，所 述的微處理器模塊采用51處理器，由RS232接口接收信號調(diào)理與變送模塊傳送來的距離信 息，再根據(jù)偏航信息輸出導(dǎo)航控制信號，通過RS485接口利用串行通信傳送給轉(zhuǎn)向驅(qū)動控直ο
全文摘要
一種農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的自主式溫室移動平臺循墻行走超聲導(dǎo)航裝置。包括前端測量點(diǎn)超聲波傳感器、后端測量點(diǎn)超聲波傳感器、兩個(gè)信號調(diào)理與變送模塊、微處理器模塊、轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置組成，在移動平臺一側(cè)前后兩端各設(shè)有前端測量點(diǎn)超聲波傳感器和后端測量點(diǎn)超聲波傳感器，前端測量點(diǎn)超聲波傳感器和后端測量點(diǎn)超聲波傳感器分別各自連接到信號調(diào)理與變送模塊，兩個(gè)信號調(diào)理與變送模塊通過第一根通信總線再連接到微處理器模塊，微處理器模塊再通過第二根通信總線串行方式與轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置連接。本發(fā)明適合農(nóng)業(yè)設(shè)施溫室大棚環(huán)境下自主式移動平臺的準(zhǔn)直導(dǎo)航功能，定位精度較高，成本低，結(jié)構(gòu)實(shí)用可靠，搞干擾能力強(qiáng)。
文檔編號G05B19/418GK101976068SQ201010289348
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月22日
發(fā)明者苗玉彬, 許天資, 趙爽, 馬辰杰 申請人:上海交通大學(xué)