[發(fā)明專利]一種溫室自主移動車輛的超聲波導(dǎo)航裝置及方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201310390231.3 | 申請日： | 2013-08-30 |
| 公開（公告）號： | CN103487812A | 公開（公告）日： | 2014-01-01 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 王新忠;李寧 | 申請（專利權(quán)）人： | 江蘇大學(xué) |
| 主分類號： | G01S15/88 | 分類號： | G01S15/88 |
| 代理公司： | 南京正聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243 | 代理人： | 盧霞 |
| 地址： | 212013 *** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 溫室 自主 移動 車輛 超聲波 導(dǎo)航 裝置 方法 | ||
1.一種應(yīng)用于溫室的自主移動車輛超聲波導(dǎo)航裝置，包括自主移動車輛與安裝在車輛外側(cè)靠近車廂底板的六測量點處的六個超聲波測距傳感器(7)；
所述自主移動車輛由車廂（1）、ARM嵌入式控制器(2)、左編碼器(11)、右編碼器(3)、左直流伺服電機（10）、右直流伺服電機（4）、蓄電池組（6）、6個信號調(diào)理與變送模塊（8）、左伺服電機驅(qū)動器（9）、右伺服電機驅(qū)動器（5）、無線數(shù)傳模塊（12）、2個前萬向輪（21）、2個后萬向輪（14）、4個內(nèi)筒（15）、4個彈簧（16）、4個外筒（17）、2個履帶（18）、2個大履帶輪（20）、2個小履帶輪（19）和溫度檢測模塊（13）組成；
所述車廂(1)的右側(cè)兩測量點處安裝有一對超聲波測距傳感器A(71)和超聲波測距傳感器B(72)、左側(cè)兩測量點處安裝一對超聲波測距傳感器D(74)和超聲波測距傳感器E(75)，每對超聲波測距傳感器之間距離為3/4的車身長度且關(guān)于車體縱向中心面對稱；所述車廂(1)的前側(cè)測量點處的超聲波測距傳感器C(73)和后側(cè)測量點處的超聲波測距傳感器F(76)分別安裝在車體縱向中心面上；
所述固定在車廂（1）內(nèi)的ARM嵌入式控制器(2)經(jīng)RS485通信總線以串行方式與左伺服電機驅(qū)動器（9）和右伺服電機驅(qū)動器（5）相連；左伺服電機驅(qū)動器（9）引出兩條導(dǎo)線，一條與左直流伺服電機（10）相連，一條與左編碼器（11）相連；右伺服電機驅(qū)動器（5）引出兩條導(dǎo)線，一條與右直流伺服電機（4）相連，一條與右編碼器（3）相連；
所述ARM嵌入式控制器(2)經(jīng)RS232的通信總線分別連接信號調(diào)理與變送模塊（8）和無線數(shù)傳模塊（12），6個信號調(diào)理與變送模塊（8）分別直接與6個超聲波測距傳感器（7）一一相連；所述左編碼器(11)和右編碼器(3)外殼分別與左直流伺服電機（10）和右直流伺服電機（4）外殼固定，其轉(zhuǎn)子與對應(yīng)的伺服電機轉(zhuǎn)子采用柔性連接器相互連接；所述溫度檢測模塊（13）通過自帶接口與ARM嵌入式控制器(2)相連；
所述固定在車廂（1）側(cè)壁上的左直流伺服電機（10）和右直流伺服電機（4）其輸出軸經(jīng)鍵與小履帶輪（19）相互連接，小履帶輪（19）經(jīng)履帶（18）與可轉(zhuǎn)動的安裝在車廂（1）的側(cè)壁上大履帶輪（20）鏈接，且大履帶輪（20）與小履帶輪（19）軸線所在平面與車廂（1）底板所在平面垂直；
4個外筒（17）通過固定在四個對稱分布在車廂（1）兩側(cè)的安裝凸臺上，所述外筒（17）為空心的，A端開口，且有另一端面B；4個內(nèi)筒（15）的端面A分別可移動地內(nèi)套于4個對應(yīng)的外筒（17）內(nèi)，4個內(nèi)筒（15）的另一端面B分別與2個前萬向輪（21）和2個后萬向輪（14）焊接在一起并從外筒（17）的A端伸出；內(nèi)筒（15）的端面A與外筒（17）的端面B之間通過彈簧（16）連接。
2.一種利用如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于溫室的自主移動車輛超聲波導(dǎo)航裝置的導(dǎo)航方法，其特征在于包括以下步驟：
步驟1，上位機通過無線數(shù)傳模塊向自主移動車輛發(fā)射啟動請求信號，移動車輛接受到請求信號后，ARM嵌入式控制器初始化，啟動驅(qū)動程序，設(shè)置導(dǎo)航系統(tǒng)總定時器時間為T1，使每隔時間T1自主移動車輛向四周發(fā)射超聲波，考慮到自主移動車輛與左右壟側(cè)墻壁的距離狹窄，設(shè)定T1在0.1s—0.5s之間，此時直接啟動驅(qū)動程序，驅(qū)動電機運動帶動車輛前進；
步驟2，移動車輛向前移動時，總定時器從零計時，到達時間T1時，進入定時中斷子程序，設(shè)置所有超聲波發(fā)射裝置的初始時間為t0，ARM嵌入式控制器經(jīng)驅(qū)動電路控制超聲波測距傳感器（7）發(fā)射超聲波，所有超聲波發(fā)射裝置發(fā)射完成后，停止發(fā)射，返回程序；
步驟3，當(dāng)超聲波測距傳感器A（71）、超聲波測距傳感器B（72）、超聲波測距傳感器C（73）、超聲波測距傳感器D（74）、超聲波測距傳感器E（75）和超聲波測距傳感器F（76）開始接受到回波時，此處設(shè)等待接收超聲波時間為T2，考慮到超聲波傳播速度與狹窄壟間的距離，設(shè)定T2在0.02s—0.08s之間，在自主移動車輛的前后方無障礙時，超聲波測距傳感器C（73）和超聲波測距傳感器F（76）檢測不到回波時，讀取時間自動賦值為T2，等待時間結(jié)束后，啟動外部中斷子程序，關(guān)閉所有的超聲波發(fā)射裝置中斷定時器；讀取超聲波測距傳感器A（71）、超聲波測距傳感器B（72）、超聲波測距傳感器C（73）、超聲波測距傳感器D（74）、超聲波測距傳感器E（75）和超聲波測距傳感器F（76）接收到超聲波回波后的記錄時間分別為t1、t2、t3、t4、t5、t6，6個超聲波測距傳感器從發(fā)射超聲波到接受超聲波的時間依次分別為(t1-t0)、(t2-t0)、(t3-t0)、(t4-t0)、(t5-t0)、(t6-t0)；
為補償溫室溫度對超聲波在空氣中速度的影響，所安裝的溫度檢測模塊能實時的檢測出當(dāng)前的溫室的溫度T，則超聲波速度在溫室中的傳播速度為：
步驟4，計算自主移動車輛各超聲波測距傳感器安裝的測量點處與對應(yīng)壟側(cè)墻壁的距離為：
D1＝V×(t1-t0)/2
D2＝V×(t2-t0)/2
D3＝V×(t3-t0)/2
D4＝V×(t4-t0)/2
D5＝V×(t5-t0)/2
D6＝V×(t6-t0)/2
步驟5，計算自主移動車輛當(dāng)前的航向偏差ΔX與航向偏角Δθ：
步驟6，在自主移動車輛前超聲波測距傳感器所測自主移動車輛前測量點與障礙的實際距離大于等于自主移動車輛前測量點與障礙物最小安全距離且后超聲波測距傳感器所測自主移動車輛后測量點與障礙的實際距離大于等于自主移動車輛后測量點與障礙物最小安全距離情況下，當(dāng)Δθ＝0且ΔX＝0時，繼續(xù)運行左右伺服電機，無需角度調(diào)整；而當(dāng)Δθ≠0或ΔX≠0時，ARM嵌入式控制器通過左右伺服電機驅(qū)動器調(diào)整左右伺服電機速度，以消除前進的航向偏差與偏角，以自主移動車輛前進方向為基準(zhǔn)，且定義Δθ＞0時，移動車輛當(dāng)前方向是向右偏的，移動車輛上的ARM控制器控制左右伺服電機速度進行左轉(zhuǎn)向調(diào)整，Δθ＜0時，與Δθ＞0時情況相反；以自主移動車輛前進方向為基準(zhǔn)，且定義ΔX＞0時，小車重心與右壟靠近，移動車輛需要左移調(diào)整，ΔX＜0時，與ΔX＞0的情況相反；在自主移動車輛前超聲波測距傳感器所測自主移動車輛前測量點與障礙的實際距離小于自主移動車輛前測量點與障礙物最小安全距離或后超聲波測距傳感器所測自主移動車輛后測量點與障礙的實際距離大于等于自主移動車輛后測量點與障礙物最小安全距離情況下，ARM嵌入式控制器控制驅(qū)動電機停止轉(zhuǎn)動，自主移動車輛壟間準(zhǔn)備后退時，在小車后退的過程中，超聲波檢測的方法與自主移動車輛前進時相同。
步驟7，自主移動車輛自身調(diào)整完成后，將相關(guān)運行狀態(tài)經(jīng)無線數(shù)傳模塊反饋到上位機，此時自主移動車輛總定時時間設(shè)定為0，返回步驟1。
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