專利名稱：基于多傳感器信息融合的農(nóng)業(yè)型機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于田間作業(yè)的農(nóng)業(yè)機器人，尤其是一種基于多傳感器信息融合的農(nóng)業(yè)型機器人。
背景技術(shù)：
農(nóng)業(yè)機械化水平是一個國家農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志，而農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)則更能反映一個國家的農(nóng)業(yè)機械化科技創(chuàng)新水平。農(nóng)業(yè)機器人的研發(fā)，早已成為發(fā)達國家科研的重要組成部分。農(nóng)業(yè)機器人因其作業(yè)對象和作業(yè)環(huán)境的復雜多變性，決定了其較工業(yè)等領(lǐng)域機器人有著諸多不同和更高要求。農(nóng)業(yè)機器人多傳感器信息融合技術(shù)在我國起步較晚，但其優(yōu)越性使其發(fā)展迅速，結(jié)合工業(yè)機器人領(lǐng)域應(yīng)用前景，農(nóng)業(yè)機器人在新融合算法、多路信息融合并行算法、智能分布式信息融合傳感器模塊方面有待進一步的研究與探索。由于運動過程中的障礙物具有復雜性，其數(shù)學模型難以建立，采用模糊控制技術(shù)可以不必建立精確的數(shù)學模型，所以在信息融合算法上和機器人控制上采取模糊算法和模糊控制的方法。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于多傳感器信息融合的的農(nóng)業(yè)型機器人，本實用新型，具有檢測方便、可靠的優(yōu)點。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型通過以下技術(shù)。一種基于多傳感器信息融合的農(nóng)業(yè)型機器人，其特征在于，包括can總線，與所述can總線連接有微處理器，與微處理器連接有位移傳感器組、GPS模塊組、驅(qū)動電機。上述的農(nóng)業(yè)型機器人，所述的位移傳感器組為紅外傳感器、超聲波傳感器中的至少一種。上述的農(nóng)業(yè)型機器人，所述的位移傳感器組為紅外傳感器和超聲波傳感器。上述的農(nóng)業(yè)型機器人，所述的微處理器為4個，4個微處理器分別連接有超聲波傳感器組、紅外傳感器組、左右電機、GPS無線連接模塊。本實用新型的有益效果表現(xiàn)在CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇，可有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強首先，CAN控制器工作于多種方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)進行編碼，這可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這些特點使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。而利用RS-485只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通信方式也只能以主站輪詢的方式進行，系統(tǒng)的實時性、可靠性較差；縮短了開發(fā)周期CAN總線通過CAN收發(fā)器接口芯片82C250的兩個輸出端CANH和CANL與物理總線相連，而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)，CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。這就保證不會在出現(xiàn)在RS-485網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)象，即當系統(tǒng)有錯誤，出現(xiàn)多節(jié)點同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，導致總線呈現(xiàn)短路，從而損壞某些節(jié)點的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響，從而保證不會出現(xiàn)象在網(wǎng)絡(luò)中，因個別節(jié)點出現(xiàn)問題，使得總線處于“死鎖”狀態(tài)。而且，CAN具有的完善的通信協(xié)議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來實現(xiàn)，從而大大降低系統(tǒng)開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期。紅外傳感器和超聲波傳感器都是屬于導航和避障傳感器。超聲波傳感器的測距原理是通過不斷的檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波的時間，測量測距范圍為2 cm-400 cm。主要用來檢測機器人前方、左前方和右前方的障礙物，紅外測障的范圍為20cm左右，因此可以作為超聲波傳感器的補充，以測量超聲波傳感器的盲區(qū)內(nèi)有無障礙物。

為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖；圖1為本實用新型系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖；[0021]圖2為通信模塊線路連接圖；[0022]圖3為超聲波模塊線路連接圖；[0023]圖4為紅外模塊線路連接圖；[0024]圖5為執(zhí)行模塊線路連接圖。[0025]具體實施方式
[0026]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案,下面將結(jié)合本申請實
施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當屬于本申請保護的范圍。如圖1所不,一種基于多傳感器信息融合的的農(nóng)業(yè)型機器人,包括can總線、與can總線連接有4個微處理器、其中一個微處理器連接有8個超聲波傳感器、一個微處理器連接有4個紅外傳感器、一個微處理器連接有2個GPS模塊和一個無線通信模塊，另一未處理連接有2個電機及其驅(qū)動模塊。I微處理器模塊設(shè)計控制系統(tǒng)采用TI公司的MSP430F149型號的超低功耗處理器，這種處理器集多種領(lǐng)先技術(shù)于一體，以16位RISC處理器、超低功耗、高性能模擬技術(shù)及豐富的片內(nèi)外設(shè)。MSP430F149豐富的引腳和片內(nèi)外設(shè)方便了系統(tǒng)的開發(fā)。MSP430F149單片機需要完成各種傳感器信息的采集和處理、對電機的控制、GPS數(shù)據(jù)的采集和控制、與無線通信模塊和上位機進行通信。2傳感器模塊設(shè)計系統(tǒng)采用多傳感器信息融合的方法來感知周圍環(huán)境的信息實現(xiàn)可靠避障，多傳感器分為以下幾種2.1超聲波傳感器超聲波傳感器的成本低，實現(xiàn)方法簡單，技術(shù)成熟，是機器人避障的常用傳感器。本系統(tǒng)采用HC-SR04型號的超聲波傳感器，HC-SR04測距范圍為2cm-400cm。測距精度可高達3_。超聲波傳感器用步進電機帶動可以360度旋轉(zhuǎn),步進電機步進角為18度，因此超聲波傳感器可以對20個方位進行距離的測量。超聲波傳感器的測距原理是通過不斷的檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波的時間。因此，在已知超聲波速度的前提下，就可以計算出小車與障礙物之間的距離，即S=VT/2。其中S是機器人與障礙物之間的距離，K是超 聲波在介質(zhì)中的傳播速度，T是從超聲波發(fā)射到反射回來的時間間隔。2. 2紅外傳感器本系統(tǒng)選用的紅外傳感器是一種能夠傳遞障礙物位置信息的傳感器，主要用來檢測機器人前方、左前方和右前方的障礙物，紅外測障的范圍為20cm左右，因此可以作為超聲波傳感器的補充，以測量超聲波傳感器的盲區(qū)內(nèi)有無障礙物。另外，該傳感器有一個靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕，可以調(diào)節(jié)傳感器觸發(fā)的距離。隨供電電壓不同，最遠探測距離在5-40cm可調(diào)。雖然紅外傳感器的功能有限，但恰恰與超聲波的功能互補，所以為了使探測機器人更好的執(zhí)行任務(wù)，紅外傳感器是必不可少的。2. 3 GPS導航模塊設(shè)計本文選用型號為為Jupiter 31的GPS接收器，Jupiter 31是NAVMAN公司生產(chǎn)的新一代GPS接收模塊，具有體積小，重量輕，功耗低，、定位速度快、定位精度高等特點，水平定位精度為 2.1Meep, 5. 2m(2dRMS) ,DGPS 精度 Im(CEP)，時間精度優(yōu)于 lus。Jupiter 31 通過串口將NEMA格式的定位信息發(fā)送到MSP430，這些信息包括UTC時間 ，緯度凡經(jīng)度Ζ，海拔高度"等，通過公式I可將WGS- 84大地坐標轉(zhuǎn)換為WGS- 84空間直角坐標。再通過式2便可將WGS- 84空間直角坐標轉(zhuǎn)換成地方空間直角坐標。(I)(2)其中是空間轉(zhuǎn)換坐標平移量，k為縮放尺度參數(shù),,為旋轉(zhuǎn)參數(shù)。3通信模塊設(shè)計通過無線通信模塊可以方便的進行人工操控。系統(tǒng)采用Chipcon公司生產(chǎn)的CCllOO芯片，該芯片能實現(xiàn)帶地址的點對點無線通信功能，CCllOO芯片具有高靈敏度、低功耗、可編程控制的數(shù)據(jù)傳輸率、多種數(shù)據(jù)格式可調(diào)、功率輸出可編程控制、數(shù)字RSSI (接受信號強度)指示等特點。通過這種無線通信芯片，可以實現(xiàn)可靠的控制。結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明裝置的連接方式。如圖2 所示微處理器 MSP430F149 的引腳 15、16、17、18、19、20、12、22 分別接CCllOO的引腳2、3、4、5、6、7、8、9、10 ;微處理器MSP430F149的引腳6、34、35分別接Jupiterfl 的引腳 12、11、20，Jupiterfl 的引腳 12、11、205 伏，Jupiterfl 的引腳 13、16、17、18接地；微處理器 MSP430F149 的引腳 44、45、46、47、48、49、50 分別接 SN74LVC4245A(U4)的引腳 21、20、19、18、17、16、15 ;微處理器 MSP430F149 的引腳 36、37、38、39、40、41、42分別接 SN74LVC4245A (U5)的引腳 21、20、19、18、17、16、15 ;兩個 SN74LVC4245A 的引腳 11、12接5伏特地，引腳13接3伏地，引腳23、24接3伏地，引腳I接正5伏；82527的引腳39、40、41、42、43、2、3、4 分別接 U5 的引腳 3、4、5、6、7、8、9、10，82527 的引腳 8、7、6、5、29 分別接U4的引腳7、6、5、4、3 ；82C250的引腳1、2分別接82527的引腳22,26,82C250的引腳3、4分別接CAN總線的H、L0如圖3所示8個HC-SR04的引腳2、3分別接微處理器MSP430F149的引腳59、60、61、2、3、4、5、6 和 12、13、14、15、16、17、18、19 ;微處理器 MSP430F149 的引腳 44、45、46、47、48、49、50 分別接 SN74LVC4245A(U4)的引腳 21、20、19、18、17、16、15 ;微處理器 MSP430F149的引腳 36、37、38、39、40、41、42 分別接 SN74LVC4245A (U5)的引腳 21、20、19、18、17、16、15 ；兩個SN74LVC4245A的引腳11、12接5伏特地，引腳13接3伏地，引腳23、24接3伏地，引腳 I 接正 5 伏；82527 的引腳 39、40、41、42、43、2、3、4 分別接 U5 的引腳 3、4、5、6、7、8、9、10，82527的引腳8、7、6、5、29分別接U4的引腳7、6、5、4、3 ；82C250的引腳1、2分別接82527的引腳22、26，82C250的引腳3、4分別接CAN總線的H、L。如圖4所示LM334的引腳I接正12伏，引腳2和引腳3之間接一個100歐姆的電阻，控制引腳3輸出恒定的電流控制紅外發(fā)射管LED，并接入一個NPN型三極管。紅外接收管的集電極接正12伏發(fā)射極接到運算放大器的倒向輸入端，并通過一個IOK的電阻接到地上，通過R4和R18分壓后接運算放大器的非導向輸入端；微處理器MSP430F149的引腳3、4、5、6分別控制四個紅外發(fā)射管，四個運算放大器的輸出引腳分別接微處理器MSP430F149 的引腳 12、13、14、16 ;微處理器 MSP430F149 的引腳 36、37、38、39、40、41、42 分別接 SN74LVC4245A (U5)的引腳 21、20、19、18、17、16、15 ;兩個 SN74LVC4245A 的引腳 11、12接5伏特地，引腳13接3伏地，引腳23,24接3伏地，引腳I接正5伏；82527的引腳39、40、41、42、43、2、3、4 分別接 U5 的引腳 3、4、5、6、7、8、9、10，82527 的引腳 8、7、6、5、29 分別接U4的引腳7、6、5、4、3 ；82C250的引腳1、2分別接82527的引腳22,26,82C250的引腳3、4分別接CAN總線的H、L。如圖5所示電機控制器CLl接線端8、9、10、11、12、13、14、15分別接電機的A、B、C、V+、V-、Ha、Hb、Hc，接線端16、17分別接繼電器的引腳8、9，接線端6、7分別接另一個繼電器的引腳8、9，微處理器MSP430F149的引腳12、13、16、17分別通過NPN型三極管接到繼電器的引腳5 ;微處理器MSP430F149的引腳15、20分別接兩個控制器的引腳4 ；;微處理器MSP430F149 的引腳 44、45、46、47、48、49、50 分別接 SN74LVC4245A (U4)的引腳 21、20、19、
18、17、16、15;微處理器 MSP430F149 的引腳 36、37、38、39、40、41、42 分別接 SN74LVC4245A(U5)的引腳 21、20、19、18、17、16、15 ;兩個 SN74LVC4245A 的引腳 11、12 接 5 伏特地，引腳 13接3伏地，引腳23,24接3伏地，引腳I接正5伏；82527的引腳39、40、41、42、43、2、3、4分別接 U5 的引腳 3、4、5、6、7、8、9、10，82527 的引腳 8、7、6、5、29 分別接 U4 的引腳 7、6、5、4、3 ；82C250的引腳1、2分別接82527的引腳22、26，82C250的引腳3、4分別接CAN總線的H、L。以上所述僅是本申請的優(yōu)選實施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本申請。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是十分容易的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本申請將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求1.一種基于多傳感器信息融合的農(nóng)業(yè)型機器人，其特征在于，包括can總線，與所述 can總線連接有微處理器，與微處理器連接有位移傳感器組、GPS模塊組、驅(qū)動電機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)型機器人，其特征在于所述的位移傳感器組為紅外傳感器、超聲波傳感器中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的農(nóng)業(yè)型機器人，其特征在于所述的位移傳感器組為紅外傳感器和超聲波傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)型機器人，其特征在于所述的微處理器為4個，4個微處理器分別連接有超聲波傳感器組、紅外傳感器組、左右電機、GPS無線連接模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種基于多傳感器信息融合的農(nóng)業(yè)型機器人，其特征在于，包括can總線，與所述can總線連接有微處理器，與微處理器連接有位移傳感器組、GPS模塊組、驅(qū)動電機；本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有檢測方便、可靠的優(yōu)點。
文檔編號G05B19/418GK202837960SQ201220065409
公開日2013年3月27日 申請日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者柳平增, 程述漢 申請人:山東農(nóng)業(yè)大學