一種農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人的夜視導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于農(nóng)業(yè)機(jī)器人導(dǎo)航領(lǐng)域，涉及一種導(dǎo)航系統(tǒng)，尤其是涉及一種農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人的夜視導(dǎo)航系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是農(nóng)業(yè)大國，具備自主導(dǎo)航能力的農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人將極大促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。現(xiàn)階段我國對農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的研宄主要基于機(jī)器人的白天作業(yè)，對夜視導(dǎo)航系統(tǒng)的研宄較少。但由于一些農(nóng)作物的最佳收獲期短，收獲機(jī)器人的作業(yè)情況又受到諸多要素限制，容易導(dǎo)致農(nóng)作物收獲的最佳時(shí)機(jī)錯失，造成作物產(chǎn)量和品質(zhì)的極大降低。農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人夜間作業(yè)不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以滿足農(nóng)作物搶收以及適合在夜間收獲的農(nóng)作物的需求，因此，研宄農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人的夜視導(dǎo)航系統(tǒng)對于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益以及未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人夜間作業(yè)時(shí)的自主導(dǎo)航，本實(shí)用新型提供了一種農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人的夜視導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:一種農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人的夜視導(dǎo)航系統(tǒng)，包括農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人本體，安裝在農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人正上方的機(jī)器視覺模塊，安裝在農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人正前方的GPS模塊，數(shù)據(jù)融合模塊以及運(yùn)動控制模塊。
[0005]機(jī)器視覺模塊包括半導(dǎo)體激光夜視成像系統(tǒng)和DSP圖像處理器。半導(dǎo)體激光夜視成像系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器、脈沖激光激勵源、發(fā)射光學(xué)鏡頭、接收光學(xué)鏡頭、低照度攝像機(jī)、處理器及選通控制電路。收獲機(jī)器人在夜視環(huán)境下行走時(shí)，半導(dǎo)體激光器通過發(fā)射光學(xué)鏡頭對前方路況進(jìn)行照射，接收光學(xué)鏡頭收集目標(biāo)路況直接或反射后的光輻射；脈沖激光激勵源控制激光器發(fā)出的脈沖激光寬度及重復(fù)頻率，在脈沖激光發(fā)射的同時(shí)同步延時(shí)電路及門控脈沖源啟動工作，它們根據(jù)目標(biāo)距離控制攝像機(jī)的開啟與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)距離選通，消除脈沖激光帶來的后向散射及雜散光的干擾，使低照度攝像機(jī)收集到夜視環(huán)境下高信噪比的圖像信息；采集到的圖像信息經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路發(fā)送給DSP圖像處理器，并通過DSP實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)對采集的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，提取導(dǎo)航路徑信息，再通過接口電路將得到的導(dǎo)航路徑信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)融合模塊。
[0006]GPS模塊包括GPS用戶設(shè)備部分的車載式GPS接收機(jī)和DSP信號處理器。車載式GPS接收機(jī)包括天線、信號接收處理單元、存儲單元、傳輸單元。衛(wèi)星信號通過天線進(jìn)行接收，信號接收處理單元接收來自天線的信號，經(jīng)過變頻、放大、濾波等一系列預(yù)處理過程，實(shí)現(xiàn)對GPS信號的跟蹤、鎖定、測量，然后通過傳輸單元將該數(shù)據(jù)信息傳輸給DSP信號處理器進(jìn)一步處理，得到產(chǎn)生計(jì)算位置的數(shù)據(jù)信息(包括三維位置、速度和時(shí)間)，最后通過接口電路將該數(shù)據(jù)信息傳輸給數(shù)據(jù)融合模塊。
[0007]數(shù)據(jù)融合模塊包括一個ARM處理器和外圍電路。ARM處理器接收到機(jī)器視覺模塊和GPS模塊傳輸來的農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人的作業(yè)環(huán)境信息以及自身位姿信息后，按特定的融合規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，并與田間地理信息系統(tǒng)GIS綜合分析對比，獲得較理想的導(dǎo)航參數(shù)和定位數(shù)據(jù)信息，然后通過CAN總線將信息發(fā)送到運(yùn)動控制部分。
[0008]運(yùn)動控制模塊，包括DSP運(yùn)動控制器和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。DSP運(yùn)動控制器接收數(shù)據(jù)融合模塊融合后的實(shí)時(shí)信息，根據(jù)農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人的期望路徑與定位數(shù)據(jù)分析比較得到定位誤差，采用PID控制算法對農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行控制，即通過調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人的前輪轉(zhuǎn)角，獲得需要的橫向偏差和方位偏差，從而使農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人按預(yù)期路徑行走，實(shí)現(xiàn)夜視導(dǎo)航。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0010](I)機(jī)器視覺模塊中運(yùn)用夜視成像系統(tǒng)，獲得夜間農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人作業(yè)時(shí)豐富完整的環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)夜視環(huán)境中的視覺導(dǎo)航。
[0011](2)將視覺導(dǎo)航和GPS導(dǎo)航兩種導(dǎo)航方式結(jié)合起來，進(jìn)行信息互補(bǔ)，發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，提高了夜視環(huán)境中導(dǎo)航的精確性、安全性與可靠性。
[0012](3)機(jī)器視覺模塊和GPS模塊分別運(yùn)用DSP處理器對信息進(jìn)行并行處理，提高了數(shù)據(jù)采集和處理的實(shí)時(shí)性和高效性。
【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明:
[0014]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)框圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型的GPS模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型機(jī)器視覺模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖4為本實(shí)用新型數(shù)據(jù)融合過程流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型做進(jìn)一步解釋說明:
[0019]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)原理框圖。農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人在夜間開始工作后，機(jī)器視覺模塊和GPS模塊同時(shí)開始協(xié)調(diào)工作。機(jī)器視覺模塊通過夜視主動成像系統(tǒng)獲取收獲機(jī)器人在田間作業(yè)時(shí)的實(shí)時(shí)環(huán)境圖像信息(圖2)，并將其傳輸給DPS圖像處理器進(jìn)行圖像處理，提取出導(dǎo)航路徑信息，然后通過接口電路將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)融合模塊。GPS模塊通過GPS接收機(jī)接受來自衛(wèi)星的信號，經(jīng)DSP信號處理器得到產(chǎn)生計(jì)算位置的數(shù)據(jù)信息包括三維位置、速度和時(shí)間(圖3)，并通過接口電路將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)融合模塊。
[0020]數(shù)據(jù)融合模塊的ARM處理器將從機(jī)器視覺模塊和GPS模塊得到的信息與田間地理信息系統(tǒng)GIS進(jìn)行對比分析后融合處理，然后通過CAN總線將信息發(fā)送到運(yùn)動控制模塊。運(yùn)動控制模塊的DSP運(yùn)動控制器接收到信息后采用PID控制算法對農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行控制，具體通過調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人的前輪轉(zhuǎn)角，以獲得需要的橫向偏差和方位偏差，使農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人按預(yù)期路徑行走，實(shí)現(xiàn)夜視導(dǎo)航。
[0021]上面以具體實(shí)施例予以說明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及工作原理，本實(shí)用新型并不局限于以上實(shí)施例，根據(jù)上述的說明內(nèi)容，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人的夜視導(dǎo)航系統(tǒng)，主要包括:機(jī)器視覺模塊(I)，GPS模塊(2)，數(shù)據(jù)融合模塊(3)以及運(yùn)動控制模塊(4);其特征在于，所述機(jī)器視覺模塊包括半導(dǎo)體激光夜視成像系統(tǒng)和DSP圖像處理器；所述GPS模塊包括車載式GPS接收機(jī)和DSP信號處理器；所述數(shù)據(jù)融合模塊包括一個ARM處理器和外圍電路；所述運(yùn)動控制模塊包括一個DSP運(yùn)動控制器和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；所述的機(jī)器視覺模塊與GPS模塊將采集的信息實(shí)時(shí)處理并傳輸給數(shù)據(jù)融合模塊，數(shù)據(jù)融合模塊將接收到的信息通過ARM處理器進(jìn)行融合處理后傳輸給運(yùn)動控制模塊，運(yùn)動控制模塊最后通過DSP控制器控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人在夜視環(huán)境中自主行走。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人的夜視導(dǎo)航系統(tǒng)，屬于農(nóng)業(yè)機(jī)器人導(dǎo)航領(lǐng)域。其特征在于，該夜視導(dǎo)航系統(tǒng)包括機(jī)器視覺模塊，GPS模塊，數(shù)據(jù)融合模塊以及運(yùn)動控制模塊。所述機(jī)器視覺模塊與GPS模塊將采集的信息實(shí)時(shí)處理后傳輸給信息融合模塊，信息融合模塊將接收到信息進(jìn)行融合處理后傳輸給運(yùn)動控制模塊，運(yùn)動控制模塊通過控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。本實(shí)用新型采用夜視成像系統(tǒng)，結(jié)合視覺導(dǎo)航與GPS導(dǎo)航，有效解決了夜視環(huán)境下農(nóng)業(yè)收獲機(jī)器人的導(dǎo)航問題，提高了導(dǎo)航的可靠性。
【IPC分類】G05D1-02
【公開號】CN204576261
【申請?zhí)枴緾N201520188061
【發(fā)明人】楊福增, 王帥先, 李旭光, 秦昊, 潘冠廷, 朱利元
【申請人】西北農(nóng)林科技大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年3月25日