CN202837960U - 基于多传感器信息融合的农业型机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于多传感器信息融合的农业型机器人，其特征在于，包括can总线，与所述can总线连接有微处理器，与微处理器连接有位移传感器组、GPS模块组、驱动电机；本实用新型与现有技术相比，具有检测方便、可靠的优点。

Description

基于多传感器信息融合的农业型机器人

技术领域

本实用新型涉及一种用于田间作业的农业机器人，尤其是一种基于多传感器信息融合的农业型机器人。

背景技术

农业机械化水平是一个国家农业现代化水平的重要标志, 而农业机器人技术则更能反映一个国家的农业机械化科技创新水平。农业机器人的研发, 早已成为发达国家科研的重要组成部分。农业机器人因其作业对象和作业环境的复杂多变性,决定了其较工业等领域机器人有着诸多不同和更高要求。农业机器人多传感器信息融合技术在我国起步较晚, 但其优越性使其发展迅速, 结合工业机器人领域应用前景, 农业机器人在新融合算法、 多路信息融合并行算法、 智能分布式信息融合传感器模块方面有待进一步的研究与探索。

由于运动过程中的障碍物具有复杂性,其数学模型难以建立, 采用模糊控制技术可以不必建立精确的数学模型,所以在信息融合算法上和机器人控制上采取模糊算法和模糊控制的方法。

发明内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种基于多传感器信息融合的的农业型机器人，本实用新型，具有检测方便、可靠的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术。

一种基于多传感器信息融合的农业型机器人，其特征在于，包括can总线，与所述can总线连接有微处理器，与微处理器连接有位移传感器组、GPS模块组、驱动电机。

上述的农业型机器人，所述的位移传感器组为红外传感器、超声波传感器中的至少一种。

上述的农业型机器人，所述的位移传感器组为红外传感器和超声波传感器。

上述的农业型机器人，所述的微处理器为4个，4个微处理器分别连接有超声波传感器组、红外传感器组、左右电机、GPS无线连接模块。

本实用新型的有益效果表现在：

CAN属于现场总线的范畴，可有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性： 

网络各节点之间的数据通信实时性强

首先，CAN控制器工作于多种方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差； 

缩短了开发周期

CAN总线通过CAN收发器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连，而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会在出现在RS-485网络中的现象，即当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。而且，CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期。 

红外传感器和超声波传感器都是属于导航和避障传感器。

超声波传感器的测距原理是通过不断的检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波的时间，测量测距范围为2cm-400cm。

主要用来检测机器人前方、左前方和右前方的障碍物,红外测障的范围为20cm左右，因此可以作为超声波传感器的补充，以测量超声波传感器的盲区内有无障碍物。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1为本实用新型系统组成结构图；

图2为通信模块线路连接图；

图3为超声波模块线路连接图；

图4为红外模块线路连接图；

图5为执行模块线路连接图。

具体实施方式：

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

如图1所示，一种基于多传感器信息融合的的农业型机器人，包括can总线、与can总线连接有4个微处理器、其中一个微处理器连接有8个超声波传感器、一个微处理器连接有4个红外传感器、一个微处理器连接有2个GPS模块和一个无线通信模块，另一未处理连接有2个电机及其驱动模块。

1微处理器模块设计：

控制系统采用TI公司的MSP430F149型号的超低功耗处理器，这种处理器集多种领先技术于一体，以16位RISC处理器、超低功耗、高性能模拟技术及丰富的片内外设。MSP430F149丰富的引脚和片内外设方便了系统的开发。MSP430F149单片机需要完成各种传感器信息的采集和处理、对电机的控制、GPS数据的采集和控制、与无线通信模块和上位机进行通信。

2传感器模块设计

系统采用多传感器信息融合的方法来感知周围环境的信息实现可靠避障，多传感器分为以下几种：

2.1超声波传感器

超声波传感器的成本低，实现方法简单，技术成熟，是机器人避障的常用传感器。本系统采用HC-SR04型号的超声波传感器，HC-SR04测距范围为2cm-400cm。测距精度可高达3mm。超声波传感器用步进电机带动可以360度旋转，步进电机步进角为18度，因此超声波传感器可以对20个方位进行距离的测量。超声波传感器的测距原理是通过不断的检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波的时间。因此，在已知超声波速度的前提下，就可以计算出小车与障碍物之间的距离，即S=VT/2。其中S是机器人与障碍物之间的距离，V是超声波在介质中的传播速度，T是从超声波发射到反射回来的时间间隔。

2.2红外传感器

本系统选用的红外传感器是一种能够传递障碍物位置信息的传感器,主要用来检测机器人前方、左前方和右前方的障碍物,红外测障的范围为20cm左右，因此可以作为超声波传感器的补充，以测量超声波传感器的盲区内有无障碍物。另外，该传感器有一个灵敏度调节旋钮，可以调节传感器触发的距离。随供电电压不同，最远探测距离在5-40cm可调。虽然红外传感器的功能有限，但恰恰与超声波的功能互补，所以为了使探测机器人更好的执行任务，红外传感器是必不可少的。

2.3 GPS导航模块设计

本文选用型号为为Jupiter 31的GPS接收器，Jupiter 31是NAVMAN公司生产的新一代GPS接收模块，具有体积小，重量轻，功耗低，、定位速度快、定位精度高等特点，水平定位精度为2.1Meep，5.2m(2dRMS)，DGPS 精度1m(CEP)，时间精度优于1us。Jupiter 31通过串口将NEMA格式的定位信息发送到MSP430，这些信息包括：UTC 时间t，纬度B，经度: L，海拔高度H等，通过公式1可将WGS- 84 大地坐标转换为WGS- 84空间直角坐标。再通过式2便可将WGS- 84 空间直角坐标转换成地方空间直角坐标。

(1)

(2)

其中是空间转换坐标平移量，k为缩放尺度参数，，为旋转参数。

3通信模块设计：

通过无线通信模块可以方便的进行人工操控。系统采用Chipcon公司生产的CC1100芯片，该芯片能实现带地址的点对点无线通信功能，CC1100芯片具有高灵敏度、低功耗、可编程控制的数据传输率、多种数据格式可调、功率输出可编程控制、数字RSSI（接受信号强度）指示等特点。通过这种无线通信芯片，可以实现可靠的控制。

结合附图具体说明本发明装置的连接方式。

如图2所示：微处理器MSP430F149的引脚15、16、17、18、19、20、12、22分别接CC1100的引脚2、3、4、5、6、7、8、9、10；微处理器MSP430F149的引脚6、34、35分别接Jupiter31的引脚12、11、20， Jupiter31的引脚12、11、205伏，Jupiter31的引脚13、16、17、18接地；微处理器MSP430F149的引脚44、45、46、47、48、49、50分别接SN74LVC4245A（U4）的引脚21、20、19、18、17、16、15；微处理器MSP430F149的引脚36、37、38、39、40、41、42分别接SN74LVC4245A（U5）的引脚21、20、19、18、17、16、15；两个SN74LVC4245A的引脚11、12接5伏特地，引脚13接3伏地，引脚23、24接3伏地，引脚1接正5伏；82527的引脚39、40、41、42、43、2、3、4分别接U5的引脚3、4、5、6、7、8、9、10，82527的引脚8、7、6、5、29分别接U4的引脚7、6、5、4、3；82C250的引脚1、2分别接82527的引脚22、26，82C250的引脚3、4分别接CAN总线的H、L。

如图3所示：8个HC-SR04的引脚2、3分别接微处理器MSP430F149的引脚59、60、61、2、3、4、5、6和12、13、14、15、16、17、18、19；微处理器MSP430F149的引脚44、45、46、47、48、49、50分别接SN74LVC4245A（U4）的引脚21、20、19、18、17、16、15；微处理器MSP430F149的引脚36、37、38、39、40、41、42分别接SN74LVC4245A（U5）的引脚21、20、19、18、17、16、15；两个SN74LVC4245A的引脚11、12接5伏特地，引脚13接3伏地，引脚23、24接3伏地，引脚1接正5伏；82527的引脚39、40、41、42、43、2、3、4分别接U5的引脚3、4、5、6、7、8、9、10，82527的引脚8、7、6、5、29分别接U4的引脚7、6、5、4、3；82C250的引脚1、2分别接82527的引脚22、26，82C250的引脚3、4分别接CAN总线的H、L。

如图4所示：LM334的引脚1接正12伏， 引脚2和引脚3之间接一个100欧姆的电阻，控制引脚3输出恒定的电流控制红外发射管LED，并接入一个NPN型三极管。红外接收管的集电极接正12伏发射极接到运算放大器的倒向输入端，并通过一个10K的电阻接到地上，通过R4和R18分压后接运算放大器的非导向输入端；微处理器MSP430F149的引脚3、4、5、6分别控制四个红外发射管，四个运算放大器的输出引脚分别接微处理器MSP430F149的引脚12、13、14、16；微处理器MSP430F149的引脚36、37、38、39、40、41、42分别接SN74LVC4245A（U5）的引脚21、20、19、18、17、16、15；两个SN74LVC4245A的引脚11、12接5伏特地，引脚13接3伏地，引脚23、24接3伏地，引脚1接正5伏；82527的引脚39、40、41、42、43、2、3、4分别接U5的引脚3、4、5、6、7、8、9、10，82527的引脚8、7、6、5、29分别接U4的引脚7、6、5、4、3；82C250的引脚1、2分别接82527的引脚22、26，82C250的引脚3、4分别接CAN总线的H、L。

如图5所示： 电机控制器CL1接线端8、9、10、11、12、13、14、15分别接电机的A、B、C、V+、V-、Ha、Hb、Hc，接线端16、17分别接继电器的引脚8、9，接线端6、7分别接另一个继电器的引脚8、9，微处理器MSP430F149的引脚12、13、16、17分别通过NPN型三极管接到继电器的引脚5；微处理器MSP430F149的引脚15、20分别接两个控制器的引脚4；；微处理器MSP430F149的引脚44、45、46、47、48、49、50分别接SN74LVC4245A（U4）的引脚21、20、19、18、17、16、15；微处理器MSP430F149的引脚36、37、38、39、40、41、42分别接SN74LVC4245A（U5）的引脚21、20、19、18、17、16、15；两个SN74LVC4245A的引脚11、12接5伏特地，引脚13接3伏地，引脚23、24接3伏地，引脚1接正5伏；82527的引脚39、40、41、42、43、2、3、4分别接U5的引脚3、4、5、6、7、8、9、10，82527的引脚8、7、6、5、29分别接U4的引脚7、6、5、4、3；82C250的引脚1、2分别接82527的引脚22、26，82C250的引脚3、4分别接CAN总线的H、L。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是十分容易的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种基于多传感器信息融合的农业型机器人，其特征在于，包括can总线，与所述can总线连接有微处理器，与微处理器连接有位移传感器组、GPS模块组、驱动电机。

2.根据权利要求1所述的农业型机器人，其特征在于：所述的位移传感器组为红外传感器、超声波传感器中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的农业型机器人，其特征在于：所述的位移传感器组为红外传感器和超声波传感器。

4.根据权利要求1所述的农业型机器人，其特征在于：所述的微处理器为4个，4个微处理器分别连接有超声波传感器组、红外传感器组、左右电机、GPS无线连接模块。