一種農業收獲機器人的夜視導航系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于農業機器人導航領域，涉及一種導航系統，尤其是涉及一種農業收獲機器人的夜視導航系統。
【背景技術】
[0002]我國是農業大國，具備自主導航能力的農業收獲機器人將極大促進農業經濟的發展。現階段我國對農業收獲機器人導航系統的研宄主要基于機器人的白天作業，對夜視導航系統的研宄較少。但由于一些農作物的最佳收獲期短，收獲機器人的作業情況又受到諸多要素限制，容易導致農作物收獲的最佳時機錯失，造成作物產量和品質的極大降低。農業收獲機器人夜間作業不僅可以提高生產效率，還可以滿足農作物搶收以及適合在夜間收獲的農作物的需求，因此，研宄農業收獲機器人的夜視導航系統對于提高農業生產效益以及未來農業的發展具有重要意義。
【實用新型內容】
[0003]為了實現農業收獲機器人夜間作業時的自主導航，本實用新型提供了一種農業收獲機器人的夜視導航系統。
[0004]本實用新型的技術方案為:一種農業收獲機器人的夜視導航系統，包括農業收獲機器人本體，安裝在農業收獲機器人正上方的機器視覺模塊，安裝在農業收獲機器人正前方的GPS模塊，數據融合模塊以及運動控制模塊。
[0005]機器視覺模塊包括半導體激光夜視成像系統和DSP圖像處理器。半導體激光夜視成像系統包括半導體激光器、脈沖激光激勵源、發射光學鏡頭、接收光學鏡頭、低照度攝像機、處理器及選通控制電路。收獲機器人在夜視環境下行走時，半導體激光器通過發射光學鏡頭對前方路況進行照射，接收光學鏡頭收集目標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出的脈沖激光寬度及重復頻率，在脈沖激光發射的同時同步延時電路及門控脈沖源啟動工作，它們根據目標距離控制攝像機的開啟與關閉，實現距離選通，消除脈沖激光帶來的后向散射及雜散光的干擾，使低照度攝像機收集到夜視環境下高信噪比的圖像信息；采集到的圖像信息經過模數轉換電路發送給DSP圖像處理器，并通過DSP實時圖像處理系統對采集的圖像進行實時處理，提取導航路徑信息，再通過接口電路將得到的導航路徑信息傳輸到數據融合模塊。
[0006]GPS模塊包括GPS用戶設備部分的車載式GPS接收機和DSP信號處理器。車載式GPS接收機包括天線、信號接收處理單元、存儲單元、傳輸單元。衛星信號通過天線進行接收，信號接收處理單元接收來自天線的信號，經過變頻、放大、濾波等一系列預處理過程，實現對GPS信號的跟蹤、鎖定、測量，然后通過傳輸單元將該數據信息傳輸給DSP信號處理器進一步處理，得到產生計算位置的數據信息(包括三維位置、速度和時間)，最后通過接口電路將該數據信息傳輸給數據融合模塊。
[0007]數據融合模塊包括一個ARM處理器和外圍電路。ARM處理器接收到機器視覺模塊和GPS模塊傳輸來的農業收獲機器人的作業環境信息以及自身位姿信息后，按特定的融合規則進行數據融合處理，并與田間地理信息系統GIS綜合分析對比，獲得較理想的導航參數和定位數據信息，然后通過CAN總線將信息發送到運動控制部分。
[0008]運動控制模塊，包括DSP運動控制器和轉向系統。DSP運動控制器接收數據融合模塊融合后的實時信息，根據農業收獲機器人的期望路徑與定位數據分析比較得到定位誤差，采用PID控制算法對農業收獲機器人的轉向系統進行控制，即通過調節農業收獲機器人的前輪轉角，獲得需要的橫向偏差和方位偏差，從而使農業收獲機器人按預期路徑行走，實現夜視導航。
[0009]本實用新型的有益效果為:
[0010](I)機器視覺模塊中運用夜視成像系統，獲得夜間農業收獲機器人作業時豐富完整的環境信息，實現夜視環境中的視覺導航。
[0011](2)將視覺導航和GPS導航兩種導航方式結合起來，進行信息互補，發揮兩者的優勢，提高了夜視環境中導航的精確性、安全性與可靠性。
[0012](3)機器視覺模塊和GPS模塊分別運用DSP處理器對信息進行并行處理，提高了數據采集和處理的實時性和高效性。
【附圖說明】
[0013]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步說明:
[0014]圖1為本實用新型實施例的總體結構框圖；
[0015]圖2為本實用新型的GPS模塊結構框圖；
[0016]圖3為本實用新型機器視覺模塊結構框圖；
[0017]圖4為本實用新型數據融合過程流程圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步解釋說明:
[0019]圖1為本實用新型實施例的總體結構原理框圖。農業收獲機器人在夜間開始工作后，機器視覺模塊和GPS模塊同時開始協調工作。機器視覺模塊通過夜視主動成像系統獲取收獲機器人在田間作業時的實時環境圖像信息(圖2)，并將其傳輸給DPS圖像處理器進行圖像處理，提取出導航路徑信息，然后通過接口電路將其傳輸到數據融合模塊。GPS模塊通過GPS接收機接受來自衛星的信號，經DSP信號處理器得到產生計算位置的數據信息包括三維位置、速度和時間(圖3)，并通過接口電路將其傳輸到數據融合模塊。
[0020]數據融合模塊的ARM處理器將從機器視覺模塊和GPS模塊得到的信息與田間地理信息系統GIS進行對比分析后融合處理，然后通過CAN總線將信息發送到運動控制模塊。運動控制模塊的DSP運動控制器接收到信息后采用PID控制算法對農業收獲機器人的轉向系統進行控制，具體通過調節農業收獲機器人的前輪轉角，以獲得需要的橫向偏差和方位偏差，使農業收獲機器人按預期路徑行走，實現夜視導航。
[0021]上面以具體實施例予以說明本實用新型的結構及工作原理，本實用新型并不局限于以上實施例，根據上述的說明內容，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種農業收獲機器人的夜視導航系統，主要包括:機器視覺模塊(I)，GPS模塊(2)，數據融合模塊(3)以及運動控制模塊(4);其特征在于，所述機器視覺模塊包括半導體激光夜視成像系統和DSP圖像處理器；所述GPS模塊包括車載式GPS接收機和DSP信號處理器；所述數據融合模塊包括一個ARM處理器和外圍電路；所述運動控制模塊包括一個DSP運動控制器和轉向系統；所述的機器視覺模塊與GPS模塊將采集的信息實時處理并傳輸給數據融合模塊，數據融合模塊將接收到的信息通過ARM處理器進行融合處理后傳輸給運動控制模塊，運動控制模塊最后通過DSP控制器控制轉向系統，使農業收獲機器人在夜視環境中自主行走。
【專利摘要】本實用新型公開了一種農業收獲機器人的夜視導航系統，屬于農業機器人導航領域。其特征在于，該夜視導航系統包括機器視覺模塊，GPS模塊，數據融合模塊以及運動控制模塊。所述機器視覺模塊與GPS模塊將采集的信息實時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行融合處理后傳輸給運動控制模塊，運動控制模塊通過控制轉向系統控制農業收獲機器人運動，從而實現自主導航。本實用新型采用夜視成像系統，結合視覺導航與GPS導航，有效解決了夜視環境下農業收獲機器人的導航問題，提高了導航的可靠性。
【IPC分類】G05D1-02
【公開號】CN204576261
【申請號】CN201520188061
【發明人】楊福增, 王帥先, 李旭光, 秦昊, 潘冠廷, 朱利元
【申請人】西北農林科技大學
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年3月25日