CN107504970A - 一种新型基于多信息融合的郁闭型果园导航策略 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型基于多信息融合的郁闭型果园导航策略，其特征在于，包括预瞄点的选取模块、DSP图像处理模块、单片机控制模块、超声波避障模块、微惯性导航模块、GPS导航模块；CCD摄像头安装在农业机器人的最前部，主要负责采集农业机器人前方的路况信息；数字图像处理器DSP把采集到的图像进行实时处理后，并将处理后的导航参数传送到单片机控制模块，同时在未进入郁闭型果园前主要是由GPS导航模块提供位置信息，当进入郁闭型果园后由微惯性导航提供航向信息，当遇到障碍物时，超声波传感器会把信息传送到单片机控制模块，控制模块以最高优先级来处理障碍物信号从而确保导航的安全性，然后进一步通过控制器来控制驱动电机从而实现农业机器人的路径跟踪；本导航策略极大地降低了计算的复杂度，提高了实时性。

Description

一种新型基于多信息融合的郁闭型果园导航策略
技术领域
本发明属于农业机器人导航领域，涉及一种导航策略，特别是涉及一种新型基于多信息融合的郁闭型果园导航策略。
背景技术
我国是苹果的种植大国，尤其是在我国陕西地区是苹果的主要产区，但是目前我国果园主要以郁闭型果园为主，树枝遮蔽现象严重且树枝高度仅1.2米左右，传统的大型果园作业机械难以进入，并且由于树枝遮挡，使得在郁闭型果园中的自动导航成为一项难题。
现有的导航主要以视觉导航为主，主要是先求取都是识别出道路的两个边缘，然后通过两个边缘拟合出道路的中间线，进而跟踪导航。但是在农业机器人的作业环境中，农田路径不太规则，甚至没有两个明显的路径边缘；另外，在农田环境中作业时，已耕地和未耕地、已收获和未收获的农田边界线经常会作为路径边缘用于导航，在这种情况下就很难通过找到路径的两个边缘来求取路径中间线获取导航路径。
发明内容
针对上述现有视觉导航的问题与缺陷，本发明公开了一种新的导航策略。此种导航策略基于机器视觉，同时结合GPS导航、微惯性导航和超声波避障进行多信息融合导航，大大的提高了导航的实时性与简便性。
实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种新型基于多信息融合的郁闭型果园导航策略，包括：预瞄点的选取模块、DSP图像处理模块、单片机控制模块、超声波避障模块、微惯性导航模块、GPS导航模块。
预瞄点位置的选取：预瞄点是人为的假设车辆前方有跟踪的位置点，通过识别车辆行驶前方的道路中正确的预瞄点，使车辆跟踪预瞄点的方式来引导车辆正确行驶。预瞄点的位置的选取主要结合农业机器人的车体的尺寸、行驶速度、路径的宽度、车体与道路的相对位置以及导航基准进行决定。
DSP图像处理模块：由安装在农业机器人的最前部CCD摄像头实时采集道路信息，经数字图像处理器DSP处理，提取出图像中的路径右边缘信息与预瞄点坐标，结合摄像机的标定参数，最终确定世界坐标系中预瞄点的位置信息和跟踪预瞄点的导航参数，并把导航参数传送到单片机控制模块。
单片机控制模块：由STM32单片机负责农业机器人视觉导航系统中的电机控制器实现。采用模糊控制与PID控制相结合的双模控制器-模糊-PID混合控制器。模糊控制主要用来跟踪路径转弯和曲线曲率比较大的地方，PID控制主要用于跟踪近似直线的路径和曲率比较小的路径。通过指定曲率阈值制定一个控制器切换开关，在偏差大于阈值时切换为模糊控制，反之则切换为PID控制。
超声波避障模块：超声波传感器用来感知道路的障碍物信息，并把障碍物信息及时传送到单片机控制模块，单片机控制模块会以最高优先级来处理障碍物信号，进行安全预警，保障农业机器人导航的安全性。
GPS导航模块：该模块主要用于为农业机器人在未进入果园前提供精准的位置信息。
微惯性导航模块：该模块用于当农业机器人在进入郁闭型果园后为导航提供航向信息。
本发明的有益效果为：
通过将图像信息、超声波避障信息、GPS导航信息、微惯性导航信息进行信息融合，从而得出精准的位置导航，提高了农业机器人在郁闭型果园中的导航的实时性与简便性。
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为本发明的预瞄点位置示意图；
图3是DSP系统工作流程图；
图4是单片机控制流程图；
图5是超声波传感器控制流程图。
具体实施方式
CCD摄像头安装在农业机器人的最前部，主要负责采集农业机器人前方的路况信息。数字图像处理器DSP把采集到的图像进行实时处理后，并将处理后的导航参数传送到单片机控制模块，同时在未进入郁闭型果园前主要是由GPS导航模块提供位置信息，当进入郁闭型果园后由微惯性导航提供航向信息，当遇到障碍物时，超声波传感器会把信息传送到单片机控制模块，控制模块以最高优先级来处理障碍物信号从而确保导航的安全性，然后进一步通过控制器来控制驱动电机从而实现农业机器人的路径跟踪。
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)

1.一种新型基于多信息融合的郁闭型果园导航策略，其特征在于，包括预瞄点的选取模块、DSP图像处理模块、单片机控制模块、超声波避障模块、微惯性导航模块、GPS导航模块；
其中所述预瞄点位置的选取：预瞄点是人为的假设车辆前方有跟踪的位置点，通过识别车辆行驶前方的道路中正确的预瞄点，使车辆跟踪预瞄点的方式来引导车辆正确行驶。预瞄点的位置的选取主要结合农业机器人的车体的尺寸、行驶速度、路径的宽度、车体与道路的相对位置以及导航基准进行决定；
所述DSP图像处理模块：由安装在农业机器人的最前部CCD摄像头实时采集道路信息，经数字图像处理器DSP处理，提取出图像中的路径右边缘信息与预瞄点坐标，结合摄像机的标定参数，最终确定世界坐标系中预瞄点的位置信息和跟踪预瞄点的导航参数，并把导航参数传送到单片机控制模块；
所述单片机控制模块：由STM32单片机负责农业机器人视觉导航系统中的电机控制器实现。采用模糊控制与PID控制相结合的双模控制器-模糊-PID混合控制器。模糊控制主要用来跟踪路径转弯和曲线曲率比较大的地方，PID控制主要用于跟踪近似直线的路径和曲率比较小的路径。通过指定曲率阈值制定一个控制器切换开关，在偏差大于阈值时切换为模糊控制，反之则切换为PID控制；
所述超声波避障模块：超声波传感器用来感知道路的障碍物信息，并把障碍物信息及时传送到单片机控制模块，单片机控制模块会以最高优先级来处理障碍物信号，进行安全预警，保障农业机器人导航的安全性；
所述GPS导航模块：该模块主要用于为农业机器人在未进入果园前提供精准的位置信息；
所述微惯性导航模块：该模块用于当农业机器人在进入郁闭型果园后为导航提供航向信息。
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