CN111722631A

CN111722631A - 自主移动底盘、连栋温室底盘换轨方法和存储介质

Info

Publication number: CN111722631A
Application number: CN202010610175.XA
Authority: CN
Inventors: 王蓬勃; 祁百生; 徐腾; 熊传成; 周小亮; 耿长兴
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2040-06-30
Also published as: CN111722631B

Abstract

本申请公开了一种自主移动底盘、连栋温室底盘换轨方法和存储介质，涉及自动化作业技术领域，所述底盘包括：主体组件、驱动组件、轮系组件、控制组件、二层搭载底盘；轮系组件由地轮、轨道驱动轮、万向轮、轨道导向轮组成，控制组件由视觉组件、控制器、电机驱动组件、射频识别RFID定位组件、二层执行机构控制接口组件组成；所述视觉组件用于获取导航地图；所述控制器用于控制所述电机驱动组件驱动所述移动底盘移动；所述RFID定位组件，用于在检测到RFID标签时，根据所述RFID标签的转向信息触发所述移动底盘转向；解决了现有技术中需要人工辅助，作业效率较低的问题，达到了可以自动进行进轨、出轨和换轨，提高作业效率的效果。

Description

自主移动底盘、连栋温室底盘换轨方法和存储介质

技术领域

本发明涉及自主移动底盘、连栋温室底盘换轨方法和存储介质，属于自动化作业技术领域。

背景技术

连栋温室已经在国内外广泛应用，连栋温室地面铺设的管道不仅作为加温使用，也是温室内作业设备的行走轨道，已经形成规范化种植模式。其种植工况的特点对温室内作业底盘的自动化、智能化、效率和通用性有更高的要求。但目前用于温室内运输、施药、采收等作业的底盘仅仅具备在轨道或地面行驶的功能，在地面行走或换轨时仍然需要人工完成，人工作业时，对准轨道存在较大的不确定性，因此费时费力，作业效率低。同时，部分温室作业机器人都是根据不同的执行机构设计不同的移动底盘，其结构、行走方式、成本、作业效率、智能化程度各异，不能满足通用性作业底盘的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自主移动底盘、连栋温室底盘换轨方法和存储介质，用于解决现有技术中存在的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据第一方面，本发明实施例提供了一种自主移动底盘，所述底盘包括：主体组件、驱动组件、轮系组件、控制组件、二层搭载底盘；轮系组件由地轮、轨道驱动轮、万向轮、轨道导向轮组成，控制组件由视觉组件、控制器、电机驱动组件、射频识别RFID定位组件、二层执行机构控制接口组件组成；

所述视觉组件用于获取导航地图；

所述控制器用于控制所述电机驱动组件驱动所述移动底盘移动；

所述RFID定位组件，用于在检测到RFID标签时，根据所述RFID标签的转向信息触发所述移动底盘转向。

可选的，所述地轮的半径和轨道驱动轮半径差等于连栋温室供暖管道直径和排气螺栓的高度和。

可选的，所述轨道导向轮包括前轨道导向轮和后轨道导向轮，所述前轨道导向轮与所述后轨道导向轮的直径的差值为预设差值。

可选的，所述万向轮包括前万向轮和后万向轮，所述后万向轮与所述前万向轮的安装高度的差值为预设差值。

可选的，所述底盘还包括防撞组件，所述防撞组件包括超声波组件和防撞机构。

第二方面，提供了一种连栋温室底盘换轨方法，所述方法用于第一方面所述的底盘中，所述方法包括：

根据所述视觉组件获取连栋温室内的导航地图；

根据所述导航地图控制所述自主移动底盘移动；

在读取到的视频识别RFID标签中携带有转向信息，根据所述转向信息控制所述自主移动底盘转向。

可选的，所述根据所述转向信息控制所述自主移动底盘转向，包括：

根据所述转向信息控制所述自主移动底盘两轮差速实现转向。

可选的，所述方法还包括：

在所述自主移动底盘转向之后，再次通过所述视觉组件获取导航地图。

可选的，所述方法还包括：

在读取到的所述RFID标签中携带有直行信息时，控制所述自主移动底盘直行并关闭导航。

第三方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有至少一条程序指令，所述至少一条程序指令用于被处理器加载并执行以实现第二方面所述的方法。

通过使用自主移动底盘，所述底盘包括：主体组件、驱动组件、轮系组件、控制组件、二层搭载底盘；轮系组件由地轮、轨道驱动轮、万向轮、轨道导向轮组成，控制组件由视觉组件、控制器、电机驱动组件、射频识别RFID定位组件、二层执行机构控制接口组件组成；所述视觉组件用于获取导航地图；所述控制器用于控制所述电机驱动组件驱动所述移动底盘移动；所述RFID定位组件，用于在检测到RFID标签时，根据所述RFID标签的转向信息触发所述移动底盘转向。解决了现有技术中需要人工辅助，作业效率较低的问题，达到了可以自动进行进轨、出轨和换轨，提高作业效率的效果。并且，上述自主移动底盘可以适配不用机构，具有一定的通用性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的自主移动底盘的结构示意图；

图2为本发明一个实施例提供的连栋温室底盘换轨方法的方法流程图

图3为本发明一个实施例提供的一种可能的工作流程的流程图；

图4为本发明一个实施例提供的一种可能的移动路线的示意图；

图5为本发明一个实施例提供的另一种可能的工作流程的流程图；

图6为本发明一个实施例提供的一种可能的连栋温室的布局图；

图7和图8为本发明一个实施例提供的自主移动底盘系统硬件结构图和自主行走控制流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，其示出了本申请一个实施例提供的自主移动底盘的结构示意图，如图1所示，该自主移动底盘包括：主体组件、驱动组件、轮系组件、控制组件、二层搭载底盘；轮系组件由地轮6、轨道驱动轮7、万向轮4、轨道导向轮2组成，控制组件由视觉组件1、控制器10、电机驱动组件9、射频识别RFID定位组件8、二层执行机构控制接口组件组成；

所述视觉组件用于获取导航地图；

视觉组件1可以为摄像机，用于对采集导航线图片进行分析处理，得到导航地图。在视觉组件1得到导航地图之后，可以下达行驶指令，控制器驱动电机使得自主移动底盘沿着铺设导航线自主行驶。当RFID模块检测到地面标签时，读取标签内信息并将信息传递给控制器，下达直角转向指令，控制器驱动电机进行两轮独立差速直角转向，转向后继续执行沿铺设导航线自主行驶，当RFID模块再次检测到地面标签时，读取标签内信息并将信息传递给控制器，控制器下达相应的执行指令。

实际实现时，受连栋温室内光线的影响，摄像机可能无法准确获得光线较暗区域的铺设情况，因此，为了提高采集得到的导航地图的准确度，还可以设置有用于为摄像机补偿光线的补偿光源，本实施例对此并不做限定。

连栋温室种植工况的特点制约着移动作业底盘机构设计尺寸和运动空间。在不同季节、天气中不同时刻的光照度会影响导航线的提取，对底盘自主行走和转向导航进轨带来影响。自主移动底盘在温室内行走路径分为种植区行走路径和非种植区行走路径，非种植区路面多数都采用混凝土硬化路面，由于硬化路面平整度不均存在微小的起伏会对底盘行走稳定性带来影响。理想状态下供暖管道排气端安装高度应该与非种植区路面相切接触，但是由于管道安装高度和非种植区路面平整度均存在差异因此会影响移动底盘进轨精度。在本实施例中，设置所述地轮的半径和轨道驱动轮半径差等于连栋温室供暖管道直径和排气螺栓的高度和。所述轨道导向轮包括前轨道导向轮和后轨道导向轮，所述前轨道导向轮与所述后轨道导向轮的直径的差值为预设差值。所述万向轮包括前万向轮和后万向轮，所述后万向轮与所述前万向轮的安装高度的差值为预设差值。

其中，预设差值可以为设计人员根据实际的应用场景设定的数值。比如，自主移动底盘地轮设计半径为100mm，轨道轮半径是40mm，地轮半径和轨道轮半径差等于管道直径和排气螺栓的高度和60mm。由于地面存在平整度不均导致排气端管道安装高度存在差异，当管道安装离地高度等于60mm时自主移动底盘刚好顺利进轨，当管道安装离地高度大于60mm时，自主移动底盘进轨时管道会阻碍轨道导向轮进轨，当安装离地高度小于60mm时能够顺利进轨，但是在出轨时万向轮会地面被卡。经过大量测试和优化设计，在该场景中，对轮系设计尺寸和万向轮安装高度进行优化，使前轨道导向轮设计尺寸减少到95mm，后万向轮安装高度减少5mm。即前轨道导向轮和后轨道导向轮直径分别设计为95mm和100mm，存在5mm的高度差；后万向轮安装高度与前万向轮安装高度存在5mm的高度差时，移动底盘进、出轨道成功率可达到100％。也即在该场景下，预设差值为5mm。

另外，结合图1，在一种可能的实现方式中，该自主移动底盘还可以包括防撞组12，比如，可以包括超声波组件和防撞机构。该自主移动底盘中还可以包括用于为各个用电组件供电的电源3。并且，为了方便作业人员控制该自主移动底盘，该自主移动底盘中还可以包括人机交互装置11，该人机交互装置11可以为与控制器10电性连接的人机交互装置。当然实际实现时，自主移动底盘中还可能包括其他组件，本实施例对此并不做限定。并且，在本实施例中，可以包括一个电机，也可以包括多个电机，对此并不做限定。

综上所述，通过使用自主移动底盘，所述底盘包括：主体组件、驱动组件、轮系组件、控制组件、二层搭载底盘；轮系组件由地轮、轨道驱动轮、万向轮、轨道导向轮组成，控制组件由视觉组件、控制器、电机驱动组件、射频识别RFID定位组件、二层执行机构控制接口组件组成；所述视觉组件用于获取导航地图；所述控制器用于控制所述电机驱动组件驱动所述移动底盘移动；所述RFID定位组件，用于在检测到RFID标签时，根据所述RFID标签的转向信息触发所述移动底盘转向。解决了现有技术中需要人工辅助，作业效率较低的问题，达到了可以自动进行进轨、出轨和换轨，提高作业效率的效果。并且，上述自主移动底盘可以适配不用机构，具有一定的通用性。

请参考图2，其示出了本申请一个实施例提供的连栋温室底盘换轨方法的方法流程图，该方法可以用于图1所示的自主移动底盘中，如图2所示，该连栋温室底盘换轨方法包括：

步骤201，根据所述视觉组件获取连栋温室内的导航地图；

以下除特殊说明外，以视觉组件为摄像机来举例说明。摄像机拍摄温室的场景图，根据拍摄得到的场景图可以解析得到温室内的轨道铺设情况，进而得到导航地图。

步骤202，根据所述导航地图控制所述自主移动底盘移动；

步骤203，在读取到的视频识别RFID标签中携带有转向信息，根据所述转向信息控制所述自主移动底盘转向。

自主移动底盘在移动过程中，若RFID定位组件读取到地面上设置的RFID标签之后，即可根据RFID标签中携带的信息触发控制器控制自主移动底盘运动。比如，在RFID标签中携带有转向信息时，则可以根据转向信息控制自主移动底盘转向；而在RFID标签中携带有直行信息时，则可以根据直行信息控制自主移动底盘直行。

可选的，本步骤包括：根据所述转向信息控制所述自主移动底盘两轮差速实现转向。比如，获取到的转向信息为左转，则控制右轮转速高于左轮转速；又比如，在获取到的转向信息为右转，则控制左轮转速高于右轮转速。

实际实现时，在转向之后，为了保证摄像机获取到的导航地图的准确性，视觉组件可以再次获取导航地图。而在读取到直行信息时，由于在下一次读取到转向信息之前，自主移动底盘将一直直行，因此，为了降低能耗，可以控制自主移动底盘在直行的同时关闭导航。

比如，请参考图3，其示出了一种可能的工作流程图。在自主移动底盘初始化之后，提取导航线，直行图像处理、信息发送，进而使得控制器根据得到的导航线(也即以上所说的导航地图)发出导航指令，自主移动底盘沿着导航线自主行驶。在行驶过程中，在检测到RFID定位标签时，读取RFID定位标签的内容，发送信息至控制器，控制器根据接收到的信息发出两轮差速指令，自主移动底盘实现转向。此后，再次提取导航线，沿着导航线自主行驶。其中，在沿着导航线自主行驶的过程中，可以执行视觉偏差修正，并且，在自主移动底盘转向时，可以进行RFID位姿纠正，本实施例在此不再赘述。

在本实施例的一个可能的实施例中，请参考图4和图5，其分别示出了自主移动底盘的移动路线的示意图以及自动进轨、出轨、换轨的流程图。结合图4和图5，自主移动作业底盘通过视觉导航提取路面导航带信息进行导航行走，当RFID读卡器读取到标签1时，触发转弯指令，两轮差速，作业车原地左转90°。当车体转弯后，位姿修正导航行走，检测到标签2触发车体直行指令，前轨道导向轮引领轨道轮进轨，检测到标签3关闭导航，直行作业。当移动作业底盘到达管道末端，检测标签4作业车后退，直到轨道主动轮脱离轨道，自启导航摄像头提取路面信息，进行导航直行，当检测到标签1时右转90°导航行驶，检测到标签5左转90°，依次进入每个轨道作业。

在本实施例的另一种可能的实施例中，请参考图6，其示出了连栋温室的布局图，图中a是连栋温室育苗棚；b是1号种植棚；c是棚内硬化路面；d是2号种植棚；e是棚内硬化路面；f是作业机械储藏区；g是导航线；h是移动作业底盘；i是RFID标签；j是连栋温室廊道；k是三号种植区；l是棚内硬化路面；m是棚内硬化路面；n是办公室；o是3号种植区；p是4号种植区；q是待客区；则在上述场景中，方法如下：移动作业底盘通过视觉导航提取路面导航带信息进行视觉导航行走，当RFID读卡器读取到RFID转弯标签时，触发转弯指令，两轮差速，移动作业底盘原地向左90°直角转弯，此时走出储藏室。转弯后，视觉导航系统提取路面导航带信息，作业底盘进行视觉导航直线行走。当RFID读卡器读取到RFID转弯标签时，触发转弯指令，两轮差速，移动作业底盘原地向左90°直角转弯，转弯后，视觉导航系统提取路面导航带信息，作业底盘进行视觉导航直线行走。RFID读卡器检测到RFID转弯标签，触发转弯指令，两轮差速，移动作业底盘原地向右90°直角转弯，转弯后，视觉导航系统提取路面导航带信息，作业底盘进行视觉导航直线行走，感应门自动开启，移动作业底盘沿导航带进入种植棚。RFID读卡器检测到RFID转弯标签，触发转弯指令，两轮差速，移动作业底盘原地向右90°直角转弯，转弯后，视觉导航系统提取路面导航带信息，作业底盘进行视觉导航直线行驶。RFID读卡器读取到第一个管道前端的RFID转弯标签时，触发转弯指令，两轮差速，移动作业底盘原地向左90°直角转弯后视觉位姿修正，言导航带直行，检测到第二个RFID标签时，管道驱动轮被前轨道导向轮引导进轨，移动作业底盘进轨开始作业，当行驶到该行管道末端时RFID读卡器读取到RFID后退标签时，移动作业底盘原地反向沿轨道自主后退行驶，使出轨道时开始视觉导航沿导航带行驶，当RFID读卡器读取到RFID右转标签时，移动底盘原地右转90°，此时移动底盘前后端位姿得到调整，沿导航带继续导航行驶，当RFID读卡器读取到第二个管道前端RFID转弯标签时，重复上一个动作，直到完成该种植棚作业。当该棚作业完成后，移动底盘沿种植棚内导航带进行视觉导航行驶，沿行驶路径返回道起点。

实际实现时，自主移动作业底盘控制系统主要由上位机和下位机(ECU)部分组成，下位机主要负责车辆控制包括行走控制、遥控和安全机制；上位机主要负责定位及路径规划、导航行走控制。下位机通过CAN总线连接电机驱动器，获取轮速；上位机使用两轮轮速实现里程计，实现初略定位；从远程获取操作任务后，上位机通过简单深度搜索获取规划路径，使用RFID点转向加视觉导航直线行走的方式控制车辆行走至指定区域作业。自主移动底盘系统硬件结构图和自主行走控制流程图分别如图7，图8所示。

综上所述，通过根据所述视觉组件获取连栋温室内的导航地图；根据所述导航地图控制所述自主移动底盘移动；在读取到的视频识别RFID标签中携带有转向信息，根据所述转向信息控制所述自主移动底盘转向。解决了现有技术中需要人工辅助，作业效率较低的问题，达到了可以自动进行进轨、出轨和换轨，提高作业效率的效果。并且，上述自主移动底盘可以适配不用机构，具有一定的通用性。

本实施例还提供了一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一条程序指令，所述至少一条程序指令被处理器加载并执行以实现以上所述的方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种自主移动底盘，其特征在于，所述底盘包括：主体组件、驱动组件、轮系组件、控制组件、二层搭载底盘；轮系组件由地轮、轨道驱动轮、万向轮、轨道导向轮组成，控制组件由视觉组件、控制器、电机驱动组件、射频识别RFID定位组件、二层执行机构控制接口组件组成；

所述视觉组件用于获取导航地图；

2.根据权利要求1所述的底盘，其特征在于，所述地轮的半径和轨道驱动轮半径差等于连栋温室供暖管道直径和排气螺栓的高度和。

3.根据权利要求1所述的底盘，其特征在于，所述轨道导向轮包括前轨道导向轮和后轨道导向轮，所述前轨道导向轮与所述后轨道导向轮的直径的差值为预设差值。

4.根据权利要求1所述的底盘，其特征在于，所述万向轮包括前万向轮和后万向轮，所述后万向轮与所述前万向轮的安装高度的差值为预设差值。

5.根据权利要求1至4任一所述的底盘，其特征在于，所述底盘还包括防撞组件，所述防撞组件包括超声波组件和防撞机构。

6.一种连栋温室底盘换轨方法，其特征在于，所述方法用于如权利要求1至5任一所述的底盘中，所述方法包括：

根据所述视觉组件获取连栋温室内的导航地图；

根据所述导航地图控制所述自主移动底盘移动；

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述转向信息控制所述自主移动底盘转向，包括：

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有至少一条程序指令，所述至少一条程序指令用于被处理器加载并执行以实现如权利要求6至9任一所述的方法。