CN109947115A - 一种割草机控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种割草机控制系统，包括摄像头模块，用于拍摄割草机前方的路径图像；雷达模块，用于检测割草机前方路径上的障碍物；若干个接触式压力传感器，分布于割草机的四周，用于检测与割草机相接触的物体；若干个红外传感器，分布于割草机的四周，用于检测靠近割草机的生命体；控制模块，分别与摄像头模块、雷达模块、接触式压力传感器和红外传感器通讯连接，用于对割草机的行进路径进行规划控制；远程控制终端，与控制模块通讯连接，用于对非实时性大运算量数据任务进行处理；通讯模块，用于控制模块和远程控制终端的通讯连接。本发明能够改进现有技术的不足，在不大幅度增加硬件成本的前提下实现了割草机准确规划路径，避让障碍物。

Description

一种割草机控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，尤其是一种割草机控制系统及其控制方法。

背景技术

割草机主要用于大型平地草坪、高尔夫球场、公园草坪、绿化带等的草坪修剪及杂草清理。现有的割草机需要人工全程现场监督作业，费时费力，，不符合现代化发展的要求。而现有的路径自动规划方法对于硬件运算速度要求高，直接应用于割草机上，会导致割草机成本大幅上升，影响割草机的广泛使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种割草机控制系统及其控制方法，能够解决现有技术的不足，在不大幅度增加硬件成本的前提下实现了割草机准确规划路径，避让障碍物。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种割草机控制系统，包括，

摄像头模块，用于拍摄割草机前方的路径图像；

雷达模块，用于检测割草机前方路径上的障碍物；

若干个接触式压力传感器，分布于割草机的四周，用于检测与割草机相接触的物体；

若干个红外传感器，分布于割草机的四周，用于检测靠近割草机的生命体；

控制模块，分别与摄像头模块、雷达模块、接触式压力传感器和红外传感器通讯连接，用于对割草机的行进路径进行规划控制；

远程控制终端，与控制模块通讯连接，用于对非实时性大运算量数据任务进行处理；

通讯模块，用于控制模块和远程控制终端的通讯连接。

一种上述的割草机控制系统的控制方法，包括以下步骤：

A、摄像头模块拍摄割草机前方的路径图像，获得的路径图像经过控制模块分割预处理后，发送至远程控制终端；

B、远程控制终端对发送来的路径图像进行分析，得到规划路径，并将规划路径回传给控制模块；

C、控制模块根据接收到的规划路径控制割草机行进；

D、雷达模块将检测到的障碍物信息发送至控制模块，控制模块根据障碍物信息对规划路径进行修正，并将修正结果发送至远程控制终端；

E、远程控制终端根据修正结果对未来的路径图像分析过程进行校正；

F、当接触式压力传感器或接触式压力传感器检测到有效信号时，控制模块控制割草机紧急停车

作为优选，步骤A中，控制模块按照图像位置与割草机的距离进行图形分割，将图像分为近距离图像、中距离图像和远距离图像三部分；将中距离图像和远距离图像中的障碍物进行模糊处理，将不同障碍物之间的区域进行标记，将标记区域分为障碍物相关区域和障碍物非相关区域，建立障碍物非相关区域和与之相邻的障碍物相关区域的相关度函数。

作为优选，步骤B中，当仅使用障碍物非相关区域便可组成规划路径时，在障碍物非相关区域中建立规划路径，使用相关度函数计算障碍物非相关区域不同位置和与计算位置平均距离最小的障碍物相关区域的相关度，规划路径中任意位置计算出的相关度均小于设定阈值；当仅使用障碍物非相关区域无法组成规划路径时，使用相关度函数计算障碍物相关区域和与之相邻的障碍物非相关区域的相关度，并根据相关度高低对障碍物相关区域的不同位置进行降序排列，根据相关度由高至低依次使用对应的障碍物相关区域与障碍物非相关区域组成规划路径。

作为优选，步骤D中，将障碍物信息与规划路径进行对比，若障碍物位于规划路径内，则根据障碍物位置对规划路径进行修正，修正过程中优先使用在步骤B规划路径中使用到的障碍物非相关区域；然后根使用正结果进行步骤B所述建立规划路径的逆运算，计算得到更新后的相关度函数，将更新后的相关度函数发送至远程控制终端。

作为优选，步骤E中，远程控制终端建立原相关度函数与更新后的相关度函数的映射关系集合，并使用建立的映射关系集合对未来发送至远程控制终端的相关度函数进行校正，随着割草机的运行，原相关度函数与更新后的相关度函数的映射关系集合保持实时更新。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过建立上下两级控制系统，对采集的信息数据进行分级同步处理，降低了对于硬件运算速度的要求，在不大幅度增加硬件成本的前提下实现了割草机准确规划路径，避让障碍物。并通过设置接触式压力传感器和接触式压力传感器，进一步增加了割草机的安全性。

本发明通过优化图像信息的处理方式，采用模糊处理降低运算量，同时利用相关度函数优化路径的规划方式，降低由于模糊处理后导致的图像块边缘区域的信息缺失率。另外，通过雷达数据与图像数据的二次对比修正，不仅进一步提高了路径规划的准确度，而且提高了未来的相关度函数的设定准确度。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方式的结构图。

图中：1、摄像头模块；2、雷达模块；3、接触式压力传感器；4、红外传感器；5、控制模块；6、远程控制终端；7、通讯模块。

具体实施方式

本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。

参照图1，本发明一个具体实施方式包括摄像头模块1，用于拍摄割草机前方的路径图像；

雷达模块2，用于检测割草机前方路径上的障碍物；

若干个接触式压力传感器3，分布于割草机的四周，用于检测与割草机相接触的物体；

若干个红外传感器4，分布于割草机的四周，用于检测靠近割草机的生命体；

控制模块5，分别与摄像头模块1、雷达模块2、接触式压力传感器3和红外传感器4通讯连接，用于对割草机的行进路径进行规划控制；

远程控制终端6，与控制模块5通讯连接，用于对非实时性大运算量数据任务进行处理；

通讯模块7，用于控制模块5和远程控制终端6的通讯连接。

一种上述的割草机控制系统的控制方法，包括以下步骤：

A、摄像头模块1拍摄割草机前方的路径图像，获得的路径图像经过控制模块5分割预处理后，发送至远程控制终端6；

B、远程控制终端6对发送来的路径图像进行分析，得到规划路径，并将规划路径回传给控制模块5；

C、控制模块5根据接收到的规划路径控制割草机行进；

D、雷达模块2将检测到的障碍物信息发送至控制模块5，控制模块5根据障碍物信息对规划路径进行修正，并将修正结果发送至远程控制终端6；

E、远程控制终端6根据修正结果对未来的路径图像分析过程进行校正；

F、当接触式压力传感器3或接触式压力传感器3检测到有效信号时，控制模块5控制割草机紧急停车。

步骤A中，控制模块5按照图像位置与割草机的距离进行图形分割，将图像分为近距离图像、中距离图像和远距离图像三部分；将中距离图像和远距离图像中的障碍物进行模糊处理，将不同障碍物之间的区域进行标记，将标记区域分为障碍物相关区域和障碍物非相关区域，建立障碍物非相关区域和与之相邻的障碍物相关区域的相关度函数。

步骤B中，当仅使用障碍物非相关区域便可组成规划路径时，在障碍物非相关区域中建立规划路径，使用相关度函数计算障碍物非相关区域不同位置和与计算位置平均距离最小的障碍物相关区域的相关度，规划路径中任意位置计算出的相关度均小于设定阈值；当仅使用障碍物非相关区域无法组成规划路径时，使用相关度函数计算障碍物相关区域和与之相邻的障碍物非相关区域的相关度，并根据相关度高低对障碍物相关区域的不同位置进行降序排列，根据相关度由高至低依次使用对应的障碍物相关区域与障碍物非相关区域组成规划路径。

步骤D中，将障碍物信息与规划路径进行对比，若障碍物位于规划路径内，则根据障碍物位置对规划路径进行修正，修正过程中优先使用在步骤B规划路径中使用到的障碍物非相关区域；然后根使用正结果进行步骤B所述建立规划路径的逆运算，计算得到更新后的相关度函数，将更新后的相关度函数发送至远程控制终端6。

步骤E中，远程控制终端6建立原相关度函数与更新后的相关度函数的映射关系集合，并使用建立的映射关系集合对未来发送至远程控制终端6的相关度函数进行校正，随着割草机的运行，原相关度函数与更新后的相关度函数的映射关系集合保持实时更新。

另外，控制模块5将近距离图像与雷达模块2检测到的障碍物信息进行对比，使用对比后的障碍物偏差信息对模糊处理过程中的模糊阈值进行实时修正，以提高模糊化处理的准确度。

摄像头模块1采用深圳市米泰尔科技有限公司生产的SK08型车载摄像头，雷达模块2采用深圳市诚强光电数码有限公司生产的CHQ1050型车载雷达，接触式压力传感器3采用基恩士AP-C30型压力传感器，红外传感器4采用基恩士FS-V31型红外传感器，控制模块5采用三菱FX3U型PLC，远程控制终端6采用联想天逸510Pro台式机,通讯模块7采用威海晶合信息技术有限公司生产的GH-NB DTU型通讯模组。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种割草机控制系统，其特征在于：包括，

摄像头模块(1)，用于拍摄割草机前方的路径图像；

雷达模块(2)，用于检测割草机前方路径上的障碍物；

若干个接触式压力传感器(3)，分布于割草机的四周，用于检测与割草机相接触的物体；

若干个红外传感器(4)，分布于割草机的四周，用于检测靠近割草机的生命体；

控制模块(5)，分别与摄像头模块(1)、雷达模块(2)、接触式压力传感器(3)和红外传感器(4)通讯连接，用于对割草机的行进路径进行规划控制；

远程控制终端(6)，与控制模块(5)通讯连接，用于对非实时性大运算量数据任务进行处理；

通讯模块(7)，用于控制模块(5)和远程控制终端(6)的通讯连接。

2.一种权利要求1所述的割草机控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

A、摄像头模块(1)拍摄割草机前方的路径图像，获得的路径图像经过控制模块(5)分割预处理后，发送至远程控制终端(6)；

B、远程控制终端(6)对发送来的路径图像进行分析，得到规划路径，并将规划路径回传给控制模块(5)；

C、控制模块(5)根据接收到的规划路径控制割草机行进；

D、雷达模块(2)将检测到的障碍物信息发送至控制模块(5)，控制模块(5)根据障碍物信息对规划路径进行修正，并将修正结果发送至远程控制终端(6)；

E、远程控制终端(6)根据修正结果对未来的路径图像分析过程进行校正；

F、当接触式压力传感器(3)或接触式压力传感器(3)检测到有效信号时，控制模块(5)控制割草机紧急停车。

3.根据权利要求2所述的割草机控制系统的控制方法，其特征在于：步骤A中，控制模块(5)按照图像位置与割草机的距离进行图形分割，将图像分为近距离图像、中距离图像和远距离图像三部分；将中距离图像和远距离图像中的障碍物进行模糊处理，将不同障碍物之间的区域进行标记，将标记区域分为障碍物相关区域和障碍物非相关区域，建立障碍物非相关区域和与之相邻的障碍物相关区域的相关度函数。

4.根据权利要求3所述的割草机控制系统的控制方法，其特征在于：步骤B中，当仅使用障碍物非相关区域便可组成规划路径时，在障碍物非相关区域中建立规划路径，使用相关度函数计算障碍物非相关区域不同位置和与计算位置平均距离最小的障碍物相关区域的相关度，规划路径中任意位置计算出的相关度均小于设定阈值；当仅使用障碍物非相关区域无法组成规划路径时，使用相关度函数计算障碍物相关区域和与之相邻的障碍物非相关区域的相关度，并根据相关度高低对障碍物相关区域的不同位置进行降序排列，根据相关度由高至低依次使用对应的障碍物相关区域与障碍物非相关区域组成规划路径。

5.根据权利要求4所述的割草机控制系统的控制方法，其特征在于：步骤D中，将障碍物信息与规划路径进行对比，若障碍物位于规划路径内，则根据障碍物位置对规划路径进行修正，修正过程中优先使用在步骤B规划路径中使用到的障碍物非相关区域；然后根使用正结果进行步骤B所述建立规划路径的逆运算，计算得到更新后的相关度函数，将更新后的相关度函数发送至远程控制终端(6)。

6.根据权利要求5所述的割草机控制系统的控制方法，其特征在于：步骤E中，远程控制终端(6)建立原相关度函数与更新后的相关度函数的映射关系集合，并使用建立的映射关系集合对未来发送至远程控制终端(6)的相关度函数进行校正，随着割草机的运行，原相关度函数与更新后的相关度函数的映射关系集合保持实时更新。