CN104793616A - 一种农业收获机器人的夜视导航系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农业收获机器人的夜视导航系统，属于农业机器人导航领域。其特征在于，该夜视导航系统包括机器视觉模块，GPS模块，数据融合模块以及运动控制模块。所述机器视觉模块与GPS模块将采集的信息实时处理后传输给信息融合模块，信息融合模块将接收到信息进行融合处理后传输给运动控制模块，运动控制模块通过控制转向系统控制农业收获机器人运动，从而实现自主导航。本发明采用夜视成像系统，结合视觉导航与GPS导航，有效解决了夜视环境下农业收获机器人的导航问题，提高了导航的可靠性。

Description

一种农业收获机器人的夜视导航系统

技术领域

本发明属于农业机器人导航领域，涉及一种导航系统，尤其是涉及一种农业收获机器人的夜视导航系统。

背景技术

我国是农业大国，具备自主导航能力的农业收获机器人将极大促进农业经济的发展。现阶段我国对农业收获机器人导航系统的研究主要基于机器人的白天作业，对夜视导航系统的研究较少。但由于一些农作物的最佳收获期短，收获机器人的作业情况又受到诸多要素限制，容易导致农作物收获的最佳时机错失，造成作物产量和品质的极大降低。农业收获机器人夜间作业不仅可以提高生产效率，还可以满足农作物抢收以及适合在夜间收获的农作物的需求，因此，研究农业收获机器人的夜视导航系统对于提高农业生产效益以及未来农业的发展具有重要意义。

发明内容

为了实现农业收获机器人夜间作业时的自主导航，本发明提供了一种农业收获机器人的夜视导航系统。

本发明的技术方案为：一种农业收获机器人的夜视导航系统，包括农业收获机器人本体，安装在农业收获机器人正上方的机器视觉模块，安装在农业收获机器人正前方的GPS模块，数据融合模块以及运动控制模块。

机器视觉模块包括半导体激光夜视成像系统和DSP图像处理器。半导体激光夜视成像系统包括半导体激光器、脉冲激光激励源、发射光学镜头、接收光学镜头、低照度摄像机、处理器及选通控制电路。收获机器人在夜视环境下行走时，半导体激光器通过发射光学镜头对前方路况进行照射，接收光学镜头收集目标路况直接或反射后的光辐射；脉冲激光激励源控制激光器发出的脉冲激光宽度及重复频率，在脉冲激光发射的同时同步延时电路及门控脉冲源启动工作，它们根据目标距离控制摄像机的开启与关闭，实现距离选通，消除脉冲激光带来的后向散射及杂散光的干扰，使低照度摄像机收集到夜视环境下高信噪比的图像信息；采集到的图像信息经过模数转换电路发送给DSP图像处理器，并通过DSP实时图像处理系统对采集的图像进行实时处理，提取导航路径信息，再通过接口电路将得到的导航路径信息传输到数据融合模块。

GPS模块包括GPS用户设备部分的车载式GPS接收机和DSP信号处理器。车载式GPS接收机包括天线、信号接收处理单元、存储单元、传输单元。卫星信号通过天线进行接收，信号接收处理单元接收来自天线的信号，经过变频、放大、滤波等一系列预处理过程，实现对GPS信号的跟踪、锁定、测量，然后通过传输单元将该数据信息传输给DSP信号处理器进一步处理，得到产生计算位置的数据信息(包括三维位置、速度和时间)，最后通过接口电路将该数据信息传输给数据融合模块。

信息融合模块包括一个ARM处理器和外围电路。ARM处理器接收到机器视觉模块和GPS模块传输来的农业收获机器人的作业环境信息以及自身位姿信息后，按特定的融合规则进行数据融合处理，并与田间地理信息系统GIS综合分析对比，获得较理想的导航参数和定位数据信息，然后通过CAN总线将信息发送到运动控制部分。

运动控制模块，包括DSP运动控制器和转向系统。DSP运动控制器接收数据融合模块融合后的实时信息，根据农业收获机器人的期望路径与定位数据分析比较得到定位误差，采用PID控制算法对农业收获机器人的转向系统进行控制，即通过调节农业收获机器人的前轮转角，获得需要的横向偏差和方位偏差，从而使农业收获机器人按预期路径行走，实现夜视导航。

本发明的有益效果为：

(1)机器视觉模块中运用夜视成像系统，获得夜间农业收获机器人作业时丰富完整的环境信息，实现夜视环境中的视觉导航。

(2)将视觉导航和GPS导航两种导航方式结合起来，进行信息互补，发挥两者的优势，提高了夜视环境中导航的精确性、安全性与可靠性。

(3)机器视觉模块和GPS模块分别运用DSP处理器对信息进行并行处理，提高了数据采集和处理的实时性和高效性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例的总体结构框图；

图2为本发明的GPS模块结构框图；

图3为本发明机器视觉模块结构框图；

图4为本发明数据融合过程流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步解释说明：

图1为本发明实施例的总体结构原理框图。农业收获机器人在夜间开始工作后，机器视觉模块和GPS模块同时开始协调工作。机器视觉模块通过夜视主动成像系统获取收获机器人在田间作业时的实时环境图像信息(图2)，并将其传输给DPS图像处理器进行图像处理，提取出导航路径信息，然后通过接口电路将其传输到数据融合模块。GPS模块通过GPS接收机接受来自卫星的信号，经DSP信号处理器得到产生计算位置的数据信息包括三维位置、速度和时间(图3)，并通过接口电路将其传输到数据融合模块。

信息融合模块的ARM处理器将从机器视觉模块和GPS模块得到的信息与田间地理信息系统GIS进行对比分析后融合处理，然后通过CAN总线将信息发送到运动控制模块。运动控制模块的DSP运动控制器接收到信息后采用PID控制算法对农业收获机器人的转向系统进行控制，具体通过调节农业收获机器人的前轮转角，以获得需要的横向偏差和方位偏差，使农业收获机器人按预期路径行走，实现夜视导航。

上面以具体实施例予以说明本发明的结构及工作原理，本发明并不局限于以上实施例，根据上述的说明内容，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种农业收获机器人的夜视导航系统，主要包括：机器视觉模块(1)、GPS模块(2)、数据融合模块(3)、以及运动控制模块(4)；

其特征在于，所述机器视觉模块包括半导体激光夜视成像系统和DSP图像处理器；

所述GPS模块包括车载式GPS接收机和DSP信号处理器；

所述信息融合模块包括一个ARM处理器和外围电路；

所述运动控制模块包括一个DSP运动控制器和转向系统；

所述的机器视觉模块与GPS模块将采集的信息实时处理并传输给信息融合模块，信息融合模块将接收到的信息通过ARM处理器进行融合处理后传输给运动控制模块，运动控制模块最后通过DSP控制器控制转向系统，使农业收获机器人在夜视环境中自主行走。